GAP

通用訪問配置文件 (GAP) 定義了設(shè)備發(fā)現(xiàn)、鏈接管理和相關(guān)安全程序。 在 BLE 中，為不同的場景定義了幾種模式和程序 ：

• 廣播模式和觀察程序。 該模式和流程適用于無連接通信場景，例如信標 。
  • 處于廣播模式的設(shè)備稱為廣播器。 它將發(fā)送帶有指定數(shù)據(jù)的不可連接的廣播。
  • 設(shè)備實現(xiàn)的觀察程序稱為觀察者。 它將掃描不可連接的廣播以獲取數(shù)據(jù)。
• 發(fā)現(xiàn)模式和程序，連接模式和程序。 兩組模式和程序是針對不同場景下的鏈路建立，如定向連接、正常連接。
  • 接受鏈路建立的設(shè)備稱為外設(shè)。 它將發(fā)送可連接或定向可連接廣播。
  • 發(fā)起鏈路建立的設(shè)備稱為中央設(shè)備。 它將掃描廣播并通過廣播連接到指定的對等地址。
• 配對模式和程序。 模式和程序是將鏈路設(shè)置為不同的安全級別。

GAP 提供外圍 API 來管理廣播、連接和安全。

GAP API 詳情請參考 GAP Interface .

低功耗藍牙地址類型

藍牙 LE 有 4 種地址類型：

1. 公共設(shè)備地址，由SIG分配，是唯一地址。
2. 靜態(tài)隨機設(shè)備地址是隨機生成的，在電源循環(huán)期間不應(yīng)更改地址。 最高 2 位應(yīng)為 0x11。
3. 私有設(shè)備地址，用于保護設(shè)備地址，并且可以在幾分鐘內(nèi)更改。 使用私有設(shè)備地址的設(shè)備必須具有身份地址，該地址可以是公共地址或靜態(tài)隨機地址。
   1. 可解析的私有設(shè)備地址，由本地身份解析密鑰（IRK）生成。 它可以由具有 IRK 的對等設(shè)備解決。 IRK 將在粘合過程中交換。 最高 2 位應(yīng)為 0x01
   2. 不可解析的私有設(shè)備地址，是隨機生成的。 無法解決。 最高 2 位應(yīng)為 0x00。

用戶可以在不同的場景中使用這 4 種地址類型。

• 一般情況下，應(yīng)使用公共地址或靜態(tài)隨機地址。
• 在安全敏感的可連接情況下，應(yīng)使用可解析的私有設(shè)備地址。
• 在安全敏感的不可連接的情況下，不可解析的私有地址應(yīng)該是 usd。

廣播

藍牙 LE 有 40 個物理信道（索引從 0~39）從 2.4GHz - 2.4835Hz，其中 37、38 和 39 信道分配給廣播。 在 37、38 或 39 頻道上依次發(fā)送的廣播稱為廣播事件。 相鄰廣播事件的兩個開始之間的距離稱為廣播間隔。 通道可以通過廣播參數(shù)channel_map配置為37、38、39中的任意通道。

如果間隔越小，則廣播越密集，中心設(shè)備可以更容易地掃描該廣播或更快地連接，而功耗更高。 相比之下，間隔越大，功耗越低，但掃描或連接會更困難。

特殊情況是高負載循環(huán)定向連接廣播。 定向廣播是發(fā)送指定的對等地址設(shè)備，使其攜帶對等地址而不是廣播數(shù)據(jù)或掃描 rsp 數(shù)據(jù)。 高占空比期望對端設(shè)備以非常高的頻率快速發(fā)起鏈路建立和廣播。 在這種情況下，不使用廣播間隔。 由于頻率高，廣播時長不能超過1.28s。

連接參數(shù)

在控制器中，發(fā)起鏈接建立的設(shè)備稱為主設(shè)備（master），接受鏈接建立的設(shè)備稱為從設(shè)備（slave）。 鏈接建立后，連接事件用于交換數(shù)據(jù)包。 在連接事件期間，主從交替發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)。 主機先發(fā)送數(shù)據(jù)并接收數(shù)據(jù)，而從機接收數(shù)據(jù)并響應(yīng)數(shù)據(jù)。 在一次正常的連接事件中，主設(shè)備和從設(shè)備應(yīng)至少發(fā)送一個數(shù)據(jù)包。

影響連接行為的參數(shù)有很多：

• 連接事件的長度稱為 CE 長度。 參數(shù) max_ce_len 和 min_ce_len 確定長度。
• 兩個連續(xù)連接事件之間的距離稱為連接間隔。
• 從設(shè)備延遲允許從設(shè)備在某些連接事件中不響應(yīng)主設(shè)備。 例如，如果從設(shè)備延遲為 2，則從設(shè)備可以每兩個連接事件響應(yīng)主設(shè)備。
• 兩次接收數(shù)據(jù)之間的最大間隔稱為監(jiān)督超時。 如果在這個時間間隔內(nèi)沒有收到數(shù)據(jù)，說明連接異常。 導致超時的原因有很多，例如一臺設(shè)備超出范圍，一臺設(shè)備突然關(guān)機或堆棧損壞。

連接參數(shù)

從延遲

吞吐量和低功耗

吞吐量可以簡單地通過 Dsize（在一個連接事件中傳輸數(shù)據(jù)大?。? Dcount（每秒連接事件計數(shù)，1/connection_interval）計算。 Dsize 和 Dcount 越大，吞吐量越高。 Dcount 僅由連接間隔決定，間隔越小計數(shù)越大。 最小連接間隔為 7.5 毫秒，通常為高吞吐量的間隔為 15 - 48 毫秒。 Dsize 比較復雜，用戶可以采用以下方法進行改進：

• 確保主設(shè)備和從設(shè)備都支持數(shù)據(jù)長度擴展（DLE）功能，這是藍牙核心協(xié)議 4.2 之后的一個選項功能。 此功能允許最大數(shù)據(jù)包大小從 27 字節(jié)到 251 字節(jié)。 每個數(shù)據(jù)包都有一定的頭部，當Dsize增大時，數(shù)據(jù)包的數(shù)量會減少，頭部的開銷也會減少。
  
• 確保主設(shè)備和從設(shè)備都支持藍牙核心協(xié)議 5.0 支持的物理 2M 功能。 該特性允許物理速率從 1M 到 2M。
• 準備了足夠的數(shù)據(jù)進行傳輸。 從Connection參數(shù)的說明來看，主設(shè)備和從設(shè)備交替發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 如果沒有更多數(shù)據(jù)要發(fā)送，則連接事件結(jié)束。 數(shù)據(jù)需要一些時間準備， 如果控制器沒有數(shù)據(jù)要依次傳輸，則數(shù)據(jù)只能在下一個連接事件中傳輸。 例如，如果主機發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，需要從機響應(yīng)，則可以發(fā)送下一個數(shù)據(jù)包，兩個連接事件只能發(fā)送一個數(shù)據(jù)包。 但是如果主機發(fā)送兩個數(shù)據(jù)包，然后需要從機響應(yīng)，則兩個連接事件可以發(fā)送兩個數(shù)據(jù)包。
  

如果不需要傳輸數(shù)據(jù)，設(shè)備可以改變參數(shù)進入低功耗傳輸模式。 有2種方法：

1. 使用更大的連接間隔，例如將連接間隔從 30 更改為 500 毫秒。 這種方法可以降低主從傳輸功率。 但是當切換回高吞吐量間隔時會有一些延遲。 通常，連接間隔切換至少需要 6 個連接事件。 如果從 500 毫秒切換到 30 毫秒，前 3 秒 (500 * 6) 仍然使用 500 毫秒間隔。
2. 啟用從機延遲，從機可以跳過幾個連接事件來響應(yīng)。 它可以解決延遲問題，但主機無法節(jié)省傳輸功率。 比如設(shè)置間隔30毫秒，從設(shè)備延遲20。 然后 主設(shè)備 每 30 毫秒傳輸一次，而 從設(shè)備 每 600 毫秒傳輸一次。 當從設(shè)備想要發(fā)送數(shù)據(jù)時，它只能每30毫秒響應(yīng)一次。

SMP

安全管理器配置文件 (SMP) 定義了生成和分發(fā)安全密鑰并加密與這些密鑰的鏈接的協(xié)議和行為。 相關(guān) API 與 GAP 集成。 SMP 中有四個功能。

• 配對：創(chuàng)建共享密鑰。
• 綁定：存儲配對創(chuàng)建并用于后續(xù)連接的密鑰。 綁定后，兩個設(shè)備成為可信設(shè)備對。
• 身份驗證：驗證兩臺設(shè)備是否具有相同的密鑰。
• 加密：加密鏈接以確保安全通信。

如圖 SMP 流程所示，主設(shè)備可以發(fā)起配對請求來觸發(fā)配對流程，而從設(shè)備可以發(fā)起安全請求來請求主設(shè)備發(fā)起配對請求。

SMP 流程

在 SIFLI BLE SDK 中，對于從設(shè)備角色，大部分過程都封裝在堆棧中，用戶只需要處理 BLE_GAP_BOND_IND 和 BLE_GAP_ENCRYPT_IND 。

消息流

• 廣播程序。

• 連接程序。

• 連接參數(shù)更新程序。

• 斷開程序。

例子

• 廣播

要啟用廣播，用戶需要

1. 創(chuàng)建具有指定參數(shù)的廣播。
2. 設(shè)置廣播數(shù)據(jù)并掃描 rsp 數(shù)據(jù)。
3. 開始有持續(xù)時間的廣播。

static uint8_t adv_idx;
 
/** advertising data format. Flag is refer to @ble_gap_adv_type.
       
 * ------------------------------------------------------------------
 *  | Length(1B) | Flag(1B) |  Value  |  Value  |   ...   |   Value  | 
 *  ------------------------------------------------------------------
*/
 
uint8_t adv_data[] = {0x07, 0x09, 0x53, 0x69, 0x66, 0x6c, 0x69, 0x00} // full name: sifli
uint8_t scan_rsp[] = {0x07, 0xff, 0x01, 0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04} // Manufactrer specfied data, company id : 0x01, additianl data: 0x01, 0x02, 0x03, 0x04
 
int app_advertising_evt_handler(uint16_t event_id, uint8_t *data, uint16_t len, uint32_t context)
{
    uint8_t ret;
    switch (event_id)
    {
    case BLE_GAP_ADV_CREATED_IND:
    {
        // If create advertising successfully, user will received BLE_GAP_ADV_CREATED_IND.
        ble_gap_adv_created_ind_t *ind = (ble_gap_adv_created_ind_t *)data;
 
        // Store adv index for following APIs usage.
        adv_idx = ind->actv_idx;
        ble_gap_adv_start_t adv_start;
 
        // Set advertising data.
        ret = ble_gap_set_adv_data(adv_data);
        LOG("Set adv data result %d", ret);
        
        // Set scan rsp data.
        ble_gap_set_scan_rsp_data(scan_rsp);
        LOG("Set scan rsp result %d", ret);
        
        adv_start.actv_idx = ind->actv_idx;
 
        adv_start.duration = 0;
        adv_start.max_adv_evt = 0;
        
        ret = ble_gap_start_advertising(&adv_start);
        LOG("start adv result %d", ret);
        break;
    }
    case BLE_GAP_SET_ADV_DATA_CNF:
    {
        ble_gap_set_adv_data_cnf_t *cnf = (ble_gap_set_adv_data_cnf_t *)data;
        LOG("Set adv cnf result %d", cnf->status);
        break;
    }
    case BLE_GAP_SET_SCAN_RSP_DATA_CNF:
    {
        ble_gap_set_scan_rsp_data_cnf_t *cnf = (ble_gap_set_scan_rsp_data_cnf_t *)data;
        LOG("Set scan rsp cnf result %d", cnf->status);
        break;
    }
    case BLE_GAP_START_ADV_CNF:
    {
        ble_gap_start_adv_cnf_t *cnf = (ble_gap_start_adv_cnf_t*)data;
        LOG("Start adv cnf result %d", cnf->result);
        break;
 
    }
    case BLE_GAP_ADV_STOPPED_IND:
    {
        // duration timeout will notify with reason #GAP_ERR_TIMEOUT
        ble_gap_adv_stopped_ind_t *ind = (ble_gap_adv_stopped_ind_t *)data;
        LOG("ADV stopped reason %d", ind->reason);
        break;
    }
    case BLE_GAP_STOP_ADV_CNF:
    {
        ble_gap_stop_adv_cnf_t *cnf = (ble_gap_stop_adv_cnf_t *)data;
        LOG("ADV stop adv cnf result %d", cnf->status);
        break;
    }
    default:
        break;
    }
    return 0;
 
}
 
// Create advertising
void app_start_advertising(void *para)
{
    // Prepare advertising parameter
    ble_gap_adv_parameter_t adv_para;
    uint8_t ret;
 
    // Set parameter via user's scenario.
    adv_para.own_addr_type = GAPM_STATIC_ADDR;
    adv_para.type = GAPM_ADV_TYPE_LEGACY;
    adv_para.disc_mode = GAPM_ADV_MODE_NON_DISC;
    adv_para.max_tx_pwr = 0;
    adv_para.filter_pol = ADV_ALLOW_SCAN_ANY_CON_ANY;
    adv_para.prop = GAPM_ADV_PROP_UNDIR_CONN_MASK;
    adv_para.prim_cfg.adv_intv_max = 0x40;
    adv_para.prim_cfg.adv_intv_min = 0x20;
    adv_para.prim_cfg.chnl_map = 0x07;
    adv_para.prim_cfg.phy = GAP_PHY_TYPE_LE_1M;
    
    // Create advertising.
    ret = ble_gap_create_advertising(&para);
    LOG("Create ADV result %d", ret);
}
 
// Stop advertising
void app_stop_advertising(void *para)
{
    ble_gap_adv_stop_t stop_req;
    uint8_t ret;
    
    stop_req.actv_idx = adv_idx;
    ble_gap_stop_advertising(&stop_req)
    LOG("Stop ADV result %d", ret);
}
 
BLE_EVENT_REGISTER(sibles_advertising_evt_handler, NULL);

• 連接

充當外圍角色，用戶只需啟用廣播并等待中心設(shè)備連接。

除了數(shù)據(jù)傳輸之外，以下子程序在 GAP 中也很重要：

1. 連接參數(shù)更新程序。 外圍設(shè)備可能需要中央設(shè)備修改一些參數(shù)，例如連接間隔、監(jiān)督超時，以平衡高吞吐量和低功耗。
2. 斷開程序。 斷開與中央設(shè)備的連接。

static uint8_t conn_idx;
 
int app_connection_evt_handler(uint16_t event_id, uint8_t *data, uint16_t len, uint32_t context)
{
    case BLE_GAP_CONNECTED_IND:
    {
        ble_gap_connect_ind_t *ind = (ble_gap_connect_ind_t *)data;
        // Store the conn idx for following usage.
        conn_idx = ind->conn_idx;
        LOG("conn interval:%d, conn timeout:%d", ind->con_interval, ind->sup_to);
        break;
    }
    case BLE_GAP_UPDATE_CONN_PARAM_IND:
    {
        // Get the adjust parameters.
        ble_gap_update_conn_param_ind_t *ind = (ble_gap_update_conn_param_ind_t *)data;
        if (ind->conn_idx == conn_idx) // Make sure the conn_idx is the same device.
            LOG("new conn interval :%d, conn timeout :%d", ind->con_interval, ind->sup_to);
        break;
    }
    case BLE_GAP_UPDATE_CONN_PARAM_CNF:
    {
        // Check whether update successfully.
        BLE_GAP_UPDATE_CONN_PARAM_CNF *cnf = (ble_gap_update_conn_param_cnf_t *)data;
        if (ind->conn_idx == conn_idx) // Make sure the conn_idx is the same device.
            LOG("conn update reason %d", cnf->reason);
        break;
    }
    case BLE_GAP_DISCONNECTED_IND:
    {
        // Received this event indicates connection is disconnected and can check the disconnection reason.
        ble_gap_disconnected_ind_t *ind = (ble_gap_disconnected_ind_t *)data;
        if (ind->conn_idx == conn_idx) // Make sure the conn_idx is the same device.
            LOG("disonncet reason %d", ind->reason);
        break;
    }
    default:
        break;
    }
}
 
void app_update_connection_parameter(void *para)
{
    ble_gap_update_conn_param_t conn_para;
    uint8_t ret;
    
    // Require new paramters.
    conn_para.conn_idx = conn_idx;
    conn_para.intv_min = 0x20;
    conn_para.intv_max = 0x30;
    conn_para.latency = 0x0;
    conn_para.time_out = 500;
    conn_para.ce_len_min = 20;
    conn_para.ce_max_len = 100;
    
    ret = ble_gap_update_conn_param(&conn_para);
    LOG("Update conn parameter ret %d", ret);
}
 
void app_disconnect(void *para)
{
    ble_gap_disconnect_t disc_cmd;
    
    disc_cmd.conn_idx = conn_idx;
    disc_cmd.reason = 0x13;
    
    ret = ble_gap_disconnect(&disc_cmd);
    LOG("Disconnect ret %d", ret);
    
}
 
BLE_EVENT_REGISTER(app_connection_evt_handler, NULL);