Core_v4.2_低功耗蓝牙_链路层规范_空中接口报文
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Core_v4.2_低功耗蓝牙_链路层规范_空中接口报文
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版本 | 撰写日期 | 内容 | 作者 |
V1.0.0 | 2018.07.02 | 初次整理11 | 黄俊嘉 |
第二章 空中接口报文(Air Interface Packetcs)
本章介绍低功耗蓝牙再空中发送的数据包格式。基于蓝牙规范core_v4.2.pdf。
2.1 报文格式
低功耗蓝牙规范中，有两类报文：广播报文和数据报文。
（1）设备利用广播报文发现、连接其它设备。一旦连接建立之后，则开始使用数据报文。
（2）低功耗蓝牙规定了3个广播信道(37,38,39)和37个数据信道(0~36)。
无论是广播报文还是数据报文，链路层只使用一种数据包格式：
注：报文是一比特一比特传输的，且从最低位开始。
1字节的前导，4字节的接入地址，2~257自己的的协议数据单元PDU，3自己的CRC检验。
2.1.1 Preamble前导
报文前导是最开始的8位数据。接收机可以用它来：
（1）perform frequency synchronization -- 确定"0"、"1"比特所使用的频率
（2）symbol timing estimation -- 时序估计
（3）Automatic Gain Control (AGC) training -- 配置自动增益控制
广播信道报文前导：10101010b。数据信道报文前导依赖Access Address 的最低bit，1-- 01010101b，0 -- 10101010b。
2.1.2 Access Address接入地址
（1）什么是接入地址？
（2）广播信道报文的接入地址
所有广播信道报文的接入地址为：10001110100010011011111011010110b (0x8E89BED6)
（3）数据信道报文接入地址
每个两个设备的链路层连接之间数据信道报文接入地址是不相同的。处于初始化状态的设备，并按照定连接请求定义。
数据信道报文接入地址为：32bits随机数，有如下限制：
- 不能出现6个连续的"0"或"1"；
- 不等于0x8E89BED6；
- 与"0x8E89BED6"不能只有一位不同；
- 4个字节不能相等；
- 不能有超过24次比特翻转；
- 最后6比特至少有2次比特翻转。
符合规则的大概有231个。
2.1.3 PDU协议数据单元
PDU有广播的报文和数据信道的报文两种。后边有详细介绍。
2.1.4 CRC
CRC为3字节，计算PDU的校验值。后边有详细介绍。
2.2 RFU(预留)
2.3 广播信道报文
仅发生在广播信道上的数据交互协议报文。报文总体格式如下：
Advertising channel PDU header:
PDU Type:
PDUType(b3 b2 b1 b0)
PackeName
0000
ADV_IND
0001
ADV_DIRECT_IND
0010
ADV_NONCONN_IND
0011
SCAN_REQ
0100
SCAN_RSP
0101
CONNECT_REQ
0110
ADV_SACN_IND
0111-1111
Reserved
RFU : 保留
TxAdd : 发送地址类型
RxAdd : 接收地址类型
长度 ：6~37字节
2.3.1 Advertising PDUs(广播报文)
广播报文有以下4种：
（1）ADV_IND ：可连接的无定向广播事件。
（2）ADV_DIRECT_IND: connectable directed advertising event
（3）ADV_NONCONN_IND: non-connectable undirected advertising event
（4）ADV_SCAN_IND: scannable undirected advertising event。
这些PUDs的数据流向为 advertiser->scanner/initiator。
2.3.1.1 ADV_IND PUD
可连接非定向广播。Payload包含广播地址和广播数据。主要表明自己是可以被连接的，其他设备可以通过扫描获取。
广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址。TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。
广播数据字段：根据应用不同具体设计(0~31字节)。
2.3.1.2 ADV_DIRECT_IND PDU
可连接定向广播事件。Payload包含广播地址和接收地址。用于向特定设备建立连接的数据包。
广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址；TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。
发起者地址字段：RxAdd = 0，AdvA地址公共地址，RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。
Note: This packet does not contain any Host data
2.3.1.3 ADV_NONCONN_IND
不可连接非定向广播事件，仅用于广播信息，其他设备扫描接收。
广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址。TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。
广播数据字段：广播信息。
2.3.1.4 ADV_SCAN_IND
可扫描的非定向广播事件。
注: ADV_DISCOVER_IND was renamed to ADV_SCAN_IND
广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址。TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。
广播数据字段：广播信息。
2.3.2 Scanning PDUs（扫描报文）
扫描报文有两种报文：
（1）SCAN_REQ: sent by the Link Layer in the Scanning State, received by a Link Layer in the Advertising State
（2）SCAN_RSP: sent by the Link Layer in the Advertising State, received by a Link Layer in the Scanning State
这两个报文都是用在连接过程中请求广播者获取信息的。有发起连接发出SCAN_REQ，广播者SCAN_RSP。
2.3.2.1 SCAN_REQ 扫描请求
SCAN_REQ报文包含请求方的地址和指定回应方的地址。用于建立连接是请求获取被连接方的设备信息。
扫描地址字段：TxAdd = 0，ScanA地址公共地址。TxAdd = 1，ScanA地址随机地址。
广播地址字段：RxAdd = 0，AdvA地址公共地址。RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。
Note: This packet does not contain any Host Data.
2.3.2.1 SCAN_RSP扫描回应
该报包含发送地址和接收地址+回应数据。即ScanRspData包含回应数据。
广播者字段：TxAdd = 0，ScanA地址公共地址。TxAdd = 1，ScanA地址随机地址。
RxAdd = 0，AdvA地址公共地址。RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。
回应数据字段：?????，数据是怎么样的，ScanA怎么接收判断是自己想要的数据。
2.3.3 Initiating PDUs（发起连接报文）
发起者发起连接的报文有1个：
CONNECT_REQ ：This PDU is sent by the Link Layer in the Initiating State and received by the Link Layer in the Advertising State.
2.3.3.1 CONNECT_REQ连接请求报文
该报文由(Initiating State)发起连接端的发出，Advertising State端接收。格式如下：
包含有请求端地址InitA、接收端地址AdvA、数据域LLDate。
地址InitA：TxAdd = 0，InitA地址公共地址。TxAdd = 1，InitA地址随机地址。
地址AdvA：RxAdd = 0，AdvA地址公共地址。RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。
LLData数据定义如下：
LLDate的10个字段：
字段
描述
Access Address
接入地址
CRC校验
详细Section 3.1.1
窗口长度
transmitWindowSize=WinSize*1.25ms来定义，详细Section 4.5.3。
窗口偏移
transmitWindowOffset=WinOffset*1.25ms来定义，详细Section 4.5.3。
连接间隔
connInterval = Interval * 1.25 ms，详细Section 4.5.1
从机延时
connSlaveLatency = Latency，详细Section 4.5.1。
连接超时
connSupervisionTimeout = Timeout * 10 ms，详细Section 4.5.2。
ChM
信道地图映射，标记信道是否已经使用，每一个信道由1个位表示一个信道index。
详细Section 1.4.1。
LSB在前，数据信道0~36(37~39预留)，值0表示没有被使用，值为1表示信道已经使用。
Hop
hopIncrement和ChM来决定数据传输过程中的跳频算法。Section 4.5.8.2定义有跳频算法。
SCA
睡眠时钟精度，参照表2.2设置。
2.4 数据信道报文
数据信道的PUD有一个16bit的头部，一个长度可变的payload，还可能包含一个32bit的数据完整性检查MIC。格式如下：
- 头部
头部格式如下：
Header
LLID
(2bits)
NESN
(1bits)
SN
(1bits)
MD
(1bits)
保留
(3bits)
Length
(8bits)
字段如下：
Field
nameDescription
LLID
标志该报文类型：LL Data PDU or an LL Control PDU.
00b = Reserved(保留)
01b = LL Data PDU: Continuation fragment of an L2CAP message, or an Empty PDU.
10b = LL Data PDU: Start of an L2CAP message or a complete L2CAP message with no fragmentation.
11b = LL Control PDUNESN
Next Expected Sequence Number，下一个序列号，参考Section 4.5.9
SN
Sequence Number序列号，参考Section 4.5.9
MD
More Data，参考Section 4.5.6
Length
数据长度：Payload + MIC，范围0~255字节。
注意：MIC字段出现在：（1）加密的链路层连接中；（2）payload为0的数据信道PDU的加密链路层连接中。计算参考 [Vol. 6] Part E, Section 1。
由头部的LLID决定Payload的数据格式。
2.4.1 LL Data PDU
头部LLID字段为01b or 10b时，使用来发送L2CAP数据。
当LLID=01b，lenght=00000000b时，是一个空报文。主链路层可以发送空报文给从机，从机响应任意数据信道报文(包含空报文)。
当LLID=11b时，lenght不能为00000000b，发送有数据的L2CAP数据。
2.4.2 LL Control PDU
头部LLID字段为11b时，表示这个数据包是用于控制、管理LL连接的LL control PDU。报文格式如下：
控制报文数据lenght不能为0，所有控制报文都有数据域。
其中Opcode指示控制&管理packet的类型，包括：
Opcode
Control PDU Name
0x00
0x01
0x02
0x03
0x04
0x05
0x06
0x07
0x08
0x09
0x0A
0x0B
0x0CLL_CONNECTION_UPDATE_REQ
LL_CHANNEL_MAP_REQ
LL_TERMINATE_IND
LL_ENC_REQ
LL_ENC_RSP
LL_START_ENC_REQ
LL_START_ENC_RSP
LL_UNKNOWN_RSP
LL_FEATURE_REQ
LL_FEATURE_RSP
LL_PAUSE_ENC_REQ
LL_PAUSE_ENC_RSP
LL_VERSION_IND0x0D
0x0E
0x0F
0x10
0x11
0x12
0x13
0x14
0x15
0x16-0xFFLL_REJECT_IND
LL_SLAVE_FEATURE_REQ
LL_CONNECTION_PARAM_REQ
LL_CONNECTION_PARAM_RSP
LL_REJECT_IND_EXT
LL_PING_REQ
LL_PING_RSP
LL_LENGTH_REQ
LL_LENGTH_RSP
Reserved for Future UseOpcode
Control PDU Name
如果未使用LL Data PDU报文或者不支持，接收到LL Data PDU报文将会回应LL_UNKNOWN_RSP PDU。
如果接收到无效的Opcode,将会回应LL_UNKNOWN_RSP PDU。
2.4.2.1 LL_CONNECTION_UPDATE_REQ
控制数据域格式如下：
- WinSize 设置transmitWindowSize 值：transmitWindowSize = WinSize * 1.25 ms。
......(未完待续)
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