蓝牙核心技术概述

Posted 2020-08-17 小僧的功课

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关键词：蓝牙核心技术协议  HCI  L2CAP SDP RFCOMM

作者：xubin341719(欢迎转载，请注明作者，请尊重版权，谢谢！)
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下载链接：Bluetooth PROFILE SPECIFICATIONS （基本涵盖所有蓝牙协议）、buletooth core 2.1-4.0 SPECIFICATION（三蓝牙版本的核心协议v2.1\v3.0\v4.0）、蓝牙核心技术与应用 马建仓 版（蓝牙协议相关初学者必读，开发者参考）

蓝牙核心技术概述（一）：蓝牙概述
蓝牙核心技术概述（二）：蓝牙使用场景
蓝牙核心技术概述（三）： 蓝牙协议规范（射频、基带链路控制、链路管理）
蓝牙核心技术概述（四）：蓝牙协议规范（HCI、L2CAP、SDP、RFOCMM）
蓝牙核心技术概述（五）：蓝牙协议规范（irOBEX、BNEP、AVDTP、AVCTP）

一、主机控制接口协议  HCI
蓝牙主机-主机控模型

蓝牙软件协议栈堆的数据传输过程：

1、蓝牙控制器接口数据分组：指令分组、事件分组、数据分组
（1）、指令分组

如：Accpet Connection Request
Opcode为：0x0409
参数长度为: 07 
参数中蓝牙地址为：00:0d:fd:5f:16:9f
角色为：从设备  0x01
大端数据模式
指令为：09 04 07 9f 16 5f fd 0d 00 01
（2）、事件分组

如上图：
Opcode :0x0409
状态： 0x00
总长度： 4字节
命令状态：0x0f
（3）、数据分组
ACL 数据分组

连接句柄（12bit）	PB(2bit)	BC(2bit)	数据长度（16bit）
数据…………

注：PB  Packet_Boundary  BC Broadcast Flag
SCO 数据分组

连接句柄（12bit）	保留（4bit）	数据长度（16bit）
数据…………

（4）、RS232分组指示器:

HCI 分组类型	RS232分组指示器
HCI指令分组	0x01
HCI ACL数据分组	0x02
HCI SCO数据分组	0x03
HCI事件分组	0x04
HCI错误消息分组	0x05
HCI协商分组	0x06

2、HCI控制命令

（1）、链路控制指令

命令	OCF	概述
Inquiry	0x0001	蓝牙设备进入查询模式，搜索临近设备
Inquiry Cancel	0x0002	退出查询模式
Periodic Inquiry Mode	0x0003	蓝牙设备在指定周期内自动查询
Exit Periodic Inquiry Mode	0x0004	退出自动查询模式
Create Connection	0x0005	按指定蓝牙设备的BD_ADDR创建ACL链路
Disconnect	0x0006	终止现有连接
Add SCO Connection	0x0007	利用连接句柄参数指定的ACL连接创建SCO
Cancel Create Connection	0x0008
Accept Connection Request	0x0009	接收新的呼入连接请求
Reject Connection Request	0x000A	拒绝新的呼入连接请求
Link Key Request Reply	0x000B	应答从主机控制器发出的链路密钥请求事件，并指定存储在主机上的链路密钥做为与BD_ADDR指定的蓝牙设备进行连接使用的链路密钥请求事件
Link Key Request Negative Reply	0x000C	如果主机上没有存储链路密钥，作为与BD_ADDR指定的蓝牙设备进行连接使用的链路密钥，就应答从主机控制器发出的链路密钥请求事件
PIN Code Request Reply	0x000D	应答从主机控制器发出的PIN请求事件，并指定用于连接的PIN
PIN Code Request Negative Reply	0x000E	当主机不能指定连接的PIN时，应回答从机控制器发出的PIN请求事件
Change Connection Packet Type	0x000F	改变正在建立连接的分组类型
Authentication Request	0x0011	指定连接句柄关联的两个蓝牙设备之间建立身份鉴权
Set Connection Encryption	0x0013	建立取消连接加密
Change Connection Link Key	0x0015	强制关联了连接句柄的两个设备建立连接，并生成一个新的链路密钥
Master Link Key	0x0017	强制关联了连接句柄的两个设备利用主设备时链路密钥或常规密钥
Remote Name Request	0x0019	获取远端设备的名称
Cancel Remote Name Request
Read Remote Supported Features	0x001B	请求远端设备所支持的特性列表
Read Remote Extended Features
Read Remote Version Information	0x001D	从远端设备读取版本信息
Read Clock Offset	0x001F	读取远端的时钟信息

（2）、链路策略指令

命令	OCF	简介
Hold Mode	0x0001	改变LM状态和本地及远程设备为主模式的LM位置
Sniff Mode	0x0003	改变LM状态和本地及远程设备为呼吸模式的LM位置
Exit Sniff Mode	0x0004	结束连接句柄在当前呼吸模式里的呼吸模式
Park State	0x0005	改变LM状态和本地及远程设备为休眠模式的LM位置
Exit Park State	0x0006	切换从休眠模式返回到激活模式的蓝牙设备
QoS Setup	0x0007	指出连接句柄的服务质量参数
Role Discovery	0x0009	蓝牙设备连接后确定自己的主从角色
Switch Role	0x000B	角色互换
Read Link Policy Settings	0x000C	为指定连接句柄读链路策略设置。链路策略设置允许主机控制器指定用于连接句柄的LM连接模式
Write Link Policy Settings	0x000D	为指定连接句柄写链路策略设置。链路策略设置允许主机控制器指定用于连接句柄的LM连接模式
Read Default Link Policy Settings	0x000E
Write Default Link Policy Settings	0x000F
Flow Specification	0X0010

（3）、主机控制器与基带指令

Set Event Mark	0x0001	使能主机过滤HCI产生的事件
Reset	0x0003	复位蓝牙控制器、链路管理器、基带链路管理器
Set Event Filter	0x0005	使能主机指定不同事件过滤
Flush	0x0008	针对指定的蓝牙句柄，放弃所有作为当前待传输数据，甚至当前是属于多个在主机控制器里的L2CAP指令的数据块
Read PIN Type	0x0009	主机读取指定主机的PIN类型是可变的还是固定的
Write PIN Type	0x000A	主机写入指定主机的PIN类型是可变的还是固定的
Create New Unit Key	0x000B	创建新的单一密钥
Read Stored Link Key	0x000D	读取存放在蓝牙控制器中的单个或者多个密钥
Write Stored Link Key	0x0011	写入存放在蓝牙控制器中的单个或者多个密钥
Delete Stored Link Key	0x0012	删除存放在蓝牙控制器中的单个或者多个密钥
Write Local Name	0x0013	修改蓝牙设备名称
Read Local Name	0x0014	读取蓝牙设备名称
Read Connection Accept Timeout	0x0015	读连接识别超时参数值，定时器终止后蓝牙硬件自动拒绝连接
Write Connection Accept Timeout	0x0016	写连接识别超时参数值，定时器终止后蓝牙硬件自动拒绝连接
Read Page Timeout	0x0017	读寻呼超时参数值，本地设备返回连接失败前，该值是允许蓝牙硬件定义等待远程设备连接申请时间
Write Page Timeout	0x0018	写寻呼超时参数值，本地设备返回连接失败前，该值是允许蓝牙硬件定义等待远程设备连接申请时间
Read Scan Enable	0x0019	写出扫描允许参数值---用来控制蓝牙设备周期性查询
Write Scan Enable	0x001A	读出扫描允许参数值---用来控制蓝牙设备周期性查询
Read Page Scan Activity	0x001B	读寻呼扫描间隔、寻呼扫描区间参数
Write Page Scan Activity	0x001C	写寻呼扫描间隔、寻呼扫描区间参数
Read Inquiry Scan Activity	0x001D	读查询扫描间隔、查询扫描区间参数
Write Inquiry Scan Activity	0x001E	写查询扫描间隔、查询扫描区间参数
Read Authentication Enable	0x001F	读取鉴权允许参数---控制蓝牙设备是否对每个连接进行鉴权
Write Authentication Enable	0x0020	写取鉴权允许参数---控制蓝牙设备是否对每个连接进行鉴权
Read Encryption Mode	0x0021	读加密模式数值---控制蓝牙设备是否对每个连接进行加密
Write Encryption Mode	0x0022	写加密模式数值---控制蓝牙设备是否对每个连接进行加密
Read Class Of Device	0x0023	读取设备类型参数值，用于区别设备能力
Write Class Of Device	0x0024	写设备类型参数值，用于区别设备能力
Read Voice Setting	0x0025	读取语音设置参数值，控制语音连接的各种设置
Write Voice Setting	0x0026	写语音设置参数值，控制语音连接的各种设置
Read Automatic Flush Timeout	0x0027	对指定句柄，读取刷新超时值
Write Automatic Flush Timeout	0x0028	对指定句柄，写入刷新超时值
Read Num Broadcast Retransmissions	0x0029	读取设备的广播重复发送次数，重复发送提高广播消息的可靠性
Write Num Broadcast Retransmissions	0x002A	写入设备的广播重复发送次数，重复发送提高广播消息的可靠性
Read Hold Mode Activity	0x002B	读取Hold Mode Activity的参数值，用来确定Hold挂起的时间
Write Hold Mode Activity	0x002C	写入Hold Mode Activity的参数值，用来确定Hold挂起的时间
Read Transmit Power Level	0x002D	对指定句柄，读取传输功率的参数值
Read Synchronous Flow Control Enable	0x002E	读取SCO流量控制设置。通过使用该设置，主机控制器决定是否主机控制器发送与SCO连接句柄相关的完成分组事件的数量
Write Synchronous Flow Control Enable	0x002F	读写入SCO流量控制设置。通过使用该设置，主机控制器决定是否主机控制器发送与SCO连接句柄相关的完成分组事件的数量
Set Host Controller To Host Flow Control	0x0031	主机控制器的打开、关闭，主机控制器到主机的流量控制
Host Buffer Size	0x0033	主机通知主机控制器自己的ACL、SCO数据缓冲区大小。主机控制器分段传输数据，而数据不会超出这个范围
Host Number Of Completed Packets	0x0035	当主机对于任何连接的句柄准备接受较多的HCI指令时，该指令用于通过主机指出主机控制器
Read Link Supervision Timeout	0x0036	读取连接管理超时参数。主从蓝牙设备用该参数监视链路丢失情况
Write Link Supervision Timeout	0x0037	写入连接管理超时参数。主从蓝牙设备用该参数监视链路丢失情况
Read Number of Supported IAC	0x0038	读取查询扫描期间本地蓝牙扫描的查询识别码（ICA）的数值
Read Current IAC LAP	0x0039	读取创建在查询扫描期间本地蓝牙设备正同时扫描的蓝牙识别码的LAP
Write Current IAC LAP	0x003A	写入创建在查询扫描期间本地蓝牙设备正同时扫描的蓝牙识别码的LAP
Read Page Scan Period Mode	0x003B	读取本地蓝牙设备的强制寻呼扫描区间模式
Write Page Scan Period Mode	0x003C	写入本地蓝牙设备的强制寻呼扫描区间模式
Read Page Scan Mode	0x003D	读取本地蓝牙设备的默认寻呼扫描区间模式
Write Page Scan Mode	0x003E	写入本地蓝牙设备的默认寻呼扫描区间模式

（4）、信息指令参数

Read Local Version Information	0x0001	读取本地蓝牙版本信息
Read Local Supported Features	0x0003	读取本地蓝牙设备特征表
Read Local Extended Features	0x0004
Read Buffer Size	0x0005	返回HCI缓冲容量。缓冲容量用于传输缓冲数据
Read Country Code [Deprecated]	0x0007	读取国家代码状态参数值
Read BD ADDR	0x0009	读取BD_ADDR的参数值

（5）、状态指令参数

Read Failed Contact Count	0x0001	读取对于其他设备特殊连接的Failed Contact Count参数值。Failed Contact Count记录在刷新时终止及当前正在传输的L2CAP数据指令被自动刷新后，主单元或从单元不能连续响应事件次数
Reset Failed Contact Count	0x0002	复位时对于其他设备的连接的Failed Contact Count的参数值。Failed Contact Count记录在刷新时终止及当前正在传输的L2CAP数据指令被自动刷新后，主单元或从单元不能连续响应事件次数
Get Link Quality	0x0003	读取指定连接句柄的Link Quality的值
Read RSSI	0x0005	读取对于其他蓝牙设备连接句柄的接收信号强度指示
Read AFH Channel Map	0x0007
Read BD Clock	0x0009

（6）、测试指令

Read Loopback Mode	0x0001	读取主机端控制器会送模式的设置值。回送模式设置可以确定信息发送路径
Write Loopback Mode	0x0002	写入主机控制器会送模式的设置值。回送模式设置可以确定信息发送路径
Enable Device Under Test Mode	0x0003	允许本地蓝牙设备模块通过LMP测试指令接入测试模式。当主机要求本地设备作为待测试设备，实现蓝牙测试模式文件中规定测试场景，则发送该指令

（7）、错误代码

错误代码	错误含义	错误代码	错误含义
0x01	位置HCI指令	0x14	由于另一端引起连接中断：资源限制
0x02	不能连接	0x15	由于另一端引起连接中断：关机
0x03	硬件故障	0x16	本机中断连接
0x04	寻呼超时	0x17	重复尝试
0x05	身份验证失败	0x18	不允许匹配
0x06	键丢失	0x19	未知LMP PDU
0x07	存储器已满	0x1A	不支持远端特性
0x08	连接超时	0x1B	拒绝SCO补偿
0x09	最大连接数	0x1C	拒绝SCO间歇模式
0x0A	连接到设备A的最大SCO连接数	0x1D	拒绝SCO无线模式
0x0B	ACL连接已存在	0x1E	非法链路管理参数
0x0C	指令非法	0x1F	未特别指明错误
0x0D	由于资源有限，主机被拒绝	0x20	不支持链路管理器协议参数
0x0E	由于安全原因，主机被拒绝	0x21	不允许角色改变
0x0F	由于远端设备单连接设备，主机拒绝	0x22	链路管理响应超时
0x10	主机超时	0x23	链路管理错误处理事务冲突
0x11	不支持特性或参数值	0x24	不允许LMP PDU
0x12	非法主机控制接口指令	0x25~0xFF	保留
0x13	由于另一端引起连接中断：用户中断连接

二、逻辑链路控制与适配协议  L2CAP
L2CAP位于基带之上，将基带的数据分组转换为便于高层应用的数据分组格式，并提供协议复用和服务质量交换等功能。L2CAP只支持ACL数据传输，不支持SCO数据。
L2CAP本身不提供加强信道可靠性和保证数据完整性的机制，其信道的可靠性依靠基带提供。

1、协议复用：底层传输协议没有提供对高层协议的复用机制，因而L2CAP支持高层协议复用，L2CAP层可以区分其上的SDP、RFCOMM、TCS等。

2、分段重组：L2CAP层帮助实现基带的短PDU和高层的长PDU相互传输，L2CAP本身不完成任何PDU的分段重组，具体的分段重组有低层和高层来完成。

3、服务质量 Qualityof Serivce 信息的交换：蓝牙建立连接的过程中，L2CAP允许交互蓝牙所期望的服务质量，建立完成后，通过监视资源的使用情况，来保证服务质量。

4、组抽象：L2CAP忽略地址组概念，他只关心数据。

L2CAP信道有三种类型：

A、面向连接信道：Connection-OrientedCO，用于两个设备之间的数据通信。

B、无连接信道：Connection-LessCL，用来向一组设备广播方式传输数据。CID为固定值：0x0002。

C、信令信道：Signaling，用于创建CO通道，可以通过协商改变CO信道的特性。

CL信道的L2CAP_PDU

长度（2bytes）

信道ID（0x0002）

PSM(最小为2bytes)

有效载荷

PSM为 协议/服务复用器Protocol/Service Multiplexer，一般为SDP、RFCOMM、TCS等中介协议复用。小于0x1000的值，0x0001对应SDP，0x0003对应RFCOMM、0x0005对应TCS。
（1）、蓝牙逻辑链路控制与适配协议信令：
L2CAP的信令通道的CID为0x0001

信令指令分组：

长度（2byte）	CID(0x0001)	指令1	指令2	……………	指令n
L2CAP 分组头部分

信令指令格式：

代码（1byte）	标识符（1byte）	长度(2byte)	数据
信令指令头

 

如上图所示，一条L2CAP信令，1为L2CAP分组头，2为信令指令头，3为数据部分。

L2CAP:

         Role:Master

         Address:11

         PDULength: 6  //指令的长度，值为06 00

         ChannelID: 0x0001  (Signaling)//L2CAP的信令通道，值为01 00

         Code:Information request//信息请求，值为0a

         Identifier:1//标识符，值为01

         CommandLength: 2//命令长度，值为02 00

         InfoType:Extended features supported//02 00

所以这条指令完整的为：

06 00 01 00 0a 01 02 00 02 00

信令的其他操作如下：

L2CAP信令指令码：

Code	Description
0x00	RESERVED	保留
0x01	Command reject	拒绝命令
0x02	Connection request	连接请求
0x03	Connection response	连接响应
0x04	Configure request	配置请求
0x05	Configure response	配置响应
0x06	Disconnection request	断开请求
0x07	Disconnection response	断开响应
0x08	Echo request
0x09	Echo response
0x0A	Information request	信息请求
0x0B	Information response	信息响应

1）、连接请求Connection_Request Code=0x02

代码（0x02）

标识符（1字节）

长度（2字节）

PSM（2字节）

源CID（2字节）

例如：SDP 连接请求

如上红框所示：

代码（0x02）	标识符（1字节）	长度（2字节）	PSM（2字节）	源CID（2字节）
0x02	3	4	SDP	0x0040

2）、连接相应Connection_Response Code=0x03

代码（0x03）

标识符

长度

目标CID

源CID

结果

状态

例如：SDP请求响应

如上面红框所示：

代码（0x03）	标识符	长度	目标CID	源CID	结果	状态
0x03	3	8	0x0040	0x0040	0x0000

（2）、MTU MAXIMUMTRANSMISSION UNIT最大传输单元

 

MTU最大传输单元，L2CAP应用必须支持最小为48字节的MTU，默认值为672

（3）、QoS 服务质量

三、服务发现协议   SDP

SDP两种服务发现模式：
1）、服务搜索：查询具有特定服务属性的服务；
2）、服务浏览：简单的浏览全部可用服务。
（1）、PDU 格式：（协议数据单元）

PDU ID（1byte）	Transaction ID（2byte）	参数长度（2byte）	参数1	……	参数N
Header

不同PDU ID实现SDP的不同功能，概述如下表格：

Value	Parameter Descirption
0x00	Reserved	保留
0x01	SDP_ErrorResponse	错误响应
0x02	SDP_ServiceSearchRequest	服务搜索请求
0x03	SDP_ServiceSearchResponse	服务搜索响应
0x04	SDP_ServiceAttributeRequest	服务属性请求
0x05	SDP_ServiceAttributeResponse	服务属性响应
0x06	SDP_ServiceSearchAttributeRequest	服务搜索属性请求
0x07	SDP_ServiceSearchAttributeResponse	服务搜索属性响应
0x08-0xff	Reserved	保留

（2）、服务记录表
SDP的服务记录表对每一个服务进行描述，每条记录包含服务句柄、一组服务属性：

Service Record Attributes：服务记录；
Service Record Handle 服务句柄；
Attribute 服务属性；

 

四、串口仿真协议   RFCOMM

为建立在串口之上的传统应用提供环境接口，使他们可以做比较少协议改动就可以在蓝牙无线通信无线链路上工作。多路串口仿真是RFCOMM的重要功能，通过多路复用器(multiplexer)，一条L2CAP链路可以同时 多个串行应用。
两台设备间的串口仿真:

RFCOMM 两个蓝牙设备之间可以支持多达60多路仿真串口。

RFCOMM帧类型如下：

SABM	异步平衡模式设置指令
UA	未加编号的确认响应
DM	断开连接模式响应
DISC	断开连接指令
UIH	带头校验的未编号信息命令和响应