第16节_BLE协议GAP层

学习资料：官方手册

Vol 3: Core System Package [Host volume]

Part C: Generic Access Profile

下面这个图是BLE协议各层跟医院的各个科室的类比图：

每个医院的大堂都有些约定：

① 大堂里有医院的介绍，你可以根据它确定这个医院是否适合你；

② 有急救通道

③ 要挂号，挂号后你跟医院才建立了联系，才能去找医生看病。

重点在于：怎么确定医院(是否适合你)、怎么建立联系。

在BLE里，也有一些约定用来发现设备、连接设备，在GAP里定义这些约定。GAP是一个Profile(规范)。这个规范里，它要用到LL层、L2CAP层、SM层、ATT层、GATT层的功能。

想想这4个设备：

1. 超市每个货架那里有一个蓝牙设备，它不断向周边发出广告信息：你肯定不想连接它

2. 用电池供电的手环：平时它为了省电什么都不做，你要发现、连接它，首先要按一下按钮

3. 家里用插座供电的闹钟：它不需要省电，它可以一直发出广播信息。

4. 你的手机

上述设备的角色(Role)、所处的模式(Mode)、能执行的操作或规程(Procedure)，由GAP定义。比如：

1. 货架上的蓝牙设备：

它的角色是：Broadcaster，广播者。只广播信息，别人不可能也没必要去连接它。

2. 手环：

它的角色是：Peripheral，外围设备。它可以处于这种模式：Limited Discoverable Mode，有限可发现模式。按下它的按钮的一小段时间里，可以用手机去发现它；超时之后，手机无法发现它。

对应的，手机的Role是Central，中央设备，它要执行这2种规程(Procedure)之一才能发现这个手环：

① Limited Discovery Procedure

② General Discovery Procedure

3. 闹钟：

它的角色是：Peripheral，外围设备。它可以处于这种模式：General Discoverable Mode，普通可发现模式，一直发出广播信号。

对应的，手机的Role是Central，中央设备，它要执行这种规程(Procedure)才能发现这个手环：General Discovery Procedure

4. 手机

即可能是Observer，也可能是Central。

当它去获得货架广告机的信息时，它是Observer；

当它去尝试连接手环、闹钟时，它是Central。

下面细说。

一、广播数据的格式定义：

在LL层里对广播包的格式有过定义，但是对于其中传输的广播数据，它的格式是在GAP中定义的。

对于ADV_IND类型的广播包，它的Payload也是在LL层定义的，如下：

但是，其中的AdvData格式是在GAP层定义的：

总结起来有2个概念：PDU Type、AD Type，如下：

1. LL层可以发出各种不同PDU Type的广播包，比如：可连接的、不可连接的等等

2. 某种PDU Type的广播包中，还可以进一步定义它的AD Type：

在GAP中，可以设置广播类型(AD Type)，比如Discoverable Mode

二、BLE GAP层中的角色(Role)：

GATT层从数据的提供、使用者角度，提出了server、client的概念。

GAP则从数据的发起、接收者角度，提出了以下4个角色(Role)的概念：

1. Broadcaster，广播者

发出广播信号，可以没有无线接收器。

2. Observer，观察者

接收广播信号，可以没有无线发送器。

3. Peripheral，外围设备

可以跟其他设备建立连接，建立连接时它是被动的一方。

既含有无线发送器，也含有无线接收器。

4. Central，中央设备

可以跟其他设备建立连接，建立连接时它是主动的一方。

既含有无线发送器，也含有无线接收器。

这些角色在物理层、LL层上能进行的操作如下：

三、Broadcast Mode and Observation Procedure：

处于Broadcast Mode的设备，可以发出这2种事件之一：

① non-connectable and non-scannable undirected events

② non-connectable and non-scannable directed advertising events

怎么发出呢？在LL层规范里显示，是使用ADV_NONCONN_IND的广播包实现第①种事件的：

在上图中的ADV_NONCONN_IND的广播包里，广播数据中的AD Type要设置这2个位为0：

① LE General Discoverable Mode

② LE Limited Discoverable Mode

对于第②种事件，在LL层规范里也有描述，但是没有图。它是使用ADV_EXT_IND广播包实现来实现的。ADV_EXT_IND广播包是在BLE 5.0规范里才引入了，我们没有讲解它。

处于Broadcast Mode的设备发出的广播操作，别人怎样来接收它们？要使用Observation Procedure来接收。

Observation Procedure有2种方法：主动扫描(active scanning)、被动扫描(passive scanning)。

四、Discoverability modes and procedures：

1. Non-Discoverable Mode

不可发现模式，这很少用到。

在这种模式下，其发出的广播包中的AD Type要设置这2个位为0：

① LE General Discoverable Mode

② LE Limited Discoverable Mode

问题就来了，既然“不想被别人发现”，为何还要发出广播包？

这完全是各个蓝牙设备都遵守这样的君子约定：

① 设备A发出广播报文，但是在其中的AD Type中表示自己是“不可发现”的

② 设备B的Controller，肯定可以接收到这个广播包，上传到Host，解析出其中的AD Type

③ 设备B的Host，是个“君子”，不在UI界面中显示设备A；但是也许设备B可以自动连接设备A。

2. Limited Discoverable Mode

有限可发现模式，为了省电，某些设备可能要先按一下按键，它才发出广播报文；并且过一段时间后，它就继续休眠。

我们使用手机查找蓝牙设备时，可能会列出很多个设备，处于“有限可发现模式”的设备应该显示在列表的最上面，因为它最紧迫。

在这种模式下，其发出的广播包中的AD Type要设置这个位为1：

LE Limited Discoverable Mode

3. General Discoverable Mode

一般可发现模式，跟“有限可发现模式”相比，它可以一直发出广播报文。

在这种模式下，其发出的广播包中的AD Type要设置这个位为1：

LE General Discoverable Mode

4. Limited Discovery Procedure

5. General Discovery Procedure

五、Connection modes and procedures：

1. Non-Connectable Mode

不可连接模式

2. Directed Connectable Mode

定向连接模式，

如果希望快速连接中央设备，外围设备可以使用该模式。

在该模式下，它发出ADV_DIRECT_ADV广播报文，直接发给指定的中央设备。

所以，该外围设备应该曾经与该中央设备建立过连接。

ADV_DIRECT_ADV广播报文的发送频率很快，该模式最多持续1.28S，之后控制器自动停止广播。

3. Undirected Connectable Mode

无向连接模式。

如果一个外围设备无需快速建立连接，或者打算尽可能地省电，则可以使用该模式。

它发出ADV_IND广播报文。

4. Auto Connection Establishment Procedure

自动连接建立规程。

中央设备使用该规程来设置控制器，从而向一个或多个外围设备，自动地建立连接。Host需要事先把想要连接的设备，写入“白名单”中。

它有个缺点：对所有的设备，都只能使用一套基本连接参数。

5. General Connection Establishment Procedure

一般连接建立规程。

这是我们常用的规程，先扫描出设备，选中某一个，然后使用“直接连接建立规程”去连接它。

6. Selective Connection Establishment Procedure

选择性连接建立规程。

Host先把想连接的设备放入Controller的“白名单”。正在广播的设备，只有在白名单上的才会被提交给Host。

Host决定是否连接该设备，并使用不同的参数去连接它。相比于“自动连接建立规程”，“选择性连接建立规程”可以使用不同的参数连接每一个设备。

7. Direct Connection Establishment Procedure

定向连接建立规程，直接去连接指定的设备。

8. Connection Parameter Update Procedure

连接参数更新规程。

参考 VOL6, Part B, 5.1 LINK LAYER CONTROL PROCEDURES

9. Terminate Connection Procedure

终止连接规程。

中央设备或外围设备都可以执行该规程，通过LL层向对方发出LL_TERMINATE_IND PDU就可以。

六、Security modes and procedures：

留待SM层再讲。

七、GAP服务：

每一个中央设备或外围设备中，都有一个GAP Service。

GAP Service中，至少有这2项Characteristic：

① Device Name，设备名字

② Appearance，中央设备根据它来显示一个图标、字符串等，用来形象地描述设备的功能。