BLE協(xié)議在Link Layer層抽象出5種狀態(tài)：

• Standby State：待機(jī)狀態(tài)，不發(fā)送數(shù)據(jù)，也不接收數(shù)據(jù)。該狀態(tài)可以由任何狀態(tài)進(jìn)入，也可以切換到除Connection狀態(tài)外的任意一種狀態(tài)。

• Advertising State：廣播狀態(tài)，可以發(fā)送，監(jiān)聽(tīng)，響應(yīng)廣播通道包，由Standby狀態(tài)進(jìn)入。

• Scanning State：掃描狀態(tài)，能夠監(jiān)聽(tīng)廣播設(shè)備發(fā)送的廣播包，由Standby狀態(tài)進(jìn)入。

• Initiating State：初始化狀態(tài)，監(jiān)聽(tīng)指定設(shè)備的廣播通道包，并且響應(yīng)廣播包，并發(fā)送連接請(qǐng)求，以便和廣播設(shè)備建立連接。當(dāng)連接成功后，Initiater和對(duì)應(yīng)的Advertiser都會(huì)切換到Connection狀態(tài)。該狀態(tài)由Standby狀態(tài)進(jìn)入。

• Connection State：和某個(gè)實(shí)體建立了單獨(dú)通道的狀態(tài)，在通道建立之后，由Initiating State或Advertising State進(jìn)入。通道斷開(kāi)后，會(huì)重新回到Standby狀態(tài)。

進(jìn)入Connect State后，又定義了兩種角色：

• Master Role：由Initiating State進(jìn)入的Connect State，連接成功后，變成了Master Role。

• Slave Role：由Advertising State進(jìn)入的Connect State，連接成功后，變成了Slave Role。

該章節(jié)官方文檔定位：Core5.0 P2562

狀態(tài)和角色定義完成后，剩下的事情就簡(jiǎn)單了，主要包括兩類(lèi)：

• 提供某一狀態(tài)下，和其它實(shí)體對(duì)應(yīng)狀態(tài)之間的數(shù)據(jù)交換機(jī)制；

• 根據(jù)上層實(shí)體的指令，以及當(dāng)前的實(shí)際情況，負(fù)責(zé)狀態(tài)之間的切換。

BLE協(xié)議中，這些事情是由一個(gè)叫做空中接口數(shù)據(jù)包（Air Interface Packets）的家伙負(fù)責(zé)。

Air Interface Packets定義了一種包的格式，主要用于描述LE Uncoded PHY、advertising channel和data channel的通信格式。

包的格式如下：

Preamble前導(dǎo)碼：是0和1的交替序列，當(dāng)物理通道為L(zhǎng)E 1M PHY時(shí)，前導(dǎo)碼為1Byte；當(dāng)前導(dǎo)碼為L(zhǎng)E 2M PHY時(shí)，前導(dǎo)碼為2Byte。

格式如下：

Access Address：對(duì)于所有在廣播通道發(fā)送的數(shù)據(jù)包，其值都為0x8E89BED6。一旦鏈路層處于Initiating State狀態(tài)時(shí)，會(huì)生成一個(gè)新的Access Address用于連接。該Access Address為一個(gè)4Byte的值。

藍(lán)牙使用Access Address來(lái)標(biāo)識(shí)不同的設(shè)備，Access Address可以是一個(gè)公共的地址，也可以是一個(gè)隨機(jī)的地址，無(wú)論是哪一種類(lèi)型的地址，均為48bits長(zhǎng)度。

• 公共地址：官方定義的一些規(guī)范，通用的地址，這里不做解釋。

• 隨機(jī)地址：可能是靜態(tài)地址，或者是私有地址。

靜態(tài)地址一般都是隨機(jī)生成的，但是需要滿(mǎn)足下面的幾點(diǎn)規(guī)則：

• 地址的兩個(gè)最高有效位應(yīng)該等于1

• 隨機(jī)地址部分，至少有一位為0

• 隨機(jī)地址部分，至少有一位為1

大多數(shù)的設(shè)備（手機(jī)）都是在上電之后，初始化一次靜態(tài)地址，一旦初始化后，靜態(tài)地址就不變了；重新上電后，會(huì)生成新的靜態(tài)地址。

私有地址又分為：不可解析私有地址和可解析的私有地址。

① 不可解析的私有地址

不可解析私有地址，遵守以下生成規(guī)則：

• 地址的兩個(gè)最高有效位應(yīng)該等于0

• 隨機(jī)地址部分，至少有一位為0

• 隨機(jī)地址部分，至少有一位為1

• 不能與公共地址有沖突

② 可解析的私有地址

可解析的私有地址，說(shuō)直白點(diǎn)就是帶加密算法所生成的。設(shè)備需要有Local Identity Resolving Key (IRK)或者the Peer Identity Resolving Key (IRK)這兩個(gè)密鑰，生成24bit的號(hào)碼，

可解析的私有地址，遵守以下規(guī)則：

• 地址的兩個(gè)最高有效位為0和1

• 隨機(jī)地址部分，至少有一位為0

• 隨機(jī)地址部分，至少有一位為1

總結(jié)：最高有效位的前兩位，代表了設(shè)備地址的類(lèi)型

Air Interface Packets整體的包結(jié)構(gòu)我們已經(jīng)熟知，下面主要分析以下PDU字段。

PDU：分為兩種，廣播通道上傳輸Advertising Channel PDU；數(shù)據(jù)通道上傳輸Data Channel PDU，長(zhǎng)度為2-257字節(jié)

廣播通道PDU，包括Advertising PDU、Scanning PDU、Initiating PDU三種類(lèi)型。

廣播通道的PDU，由16bit的數(shù)據(jù)頭和1-255Byte的可變大小數(shù)據(jù)組成。

16bit數(shù)據(jù)頭組成如下：

• PDU Type字段的類(lèi)型有多種，如下：

PDU Type有多種，文章定位：core 5.0 P2567，可自行查閱。

• ChSel：該位為1，支持LE Channel Selection Algorithm，即LE通道選擇算法，反之，不支持。

• TxAdd：該位為0，表明Payload的AdvA字段為公共的；該位為1，表明Payload的AdvA字段為隨機(jī)的。

• Length：該字段表明了Payload的長(zhǎng)度

官方文檔定位：core 5.0 P2569

常見(jiàn)的Advertising PDU有：

• ADV_IND：該P(yáng)DU用于連接和掃描無(wú)定向的廣播事件。

• ADV_DIRECT_IND：該P(yáng)DU用于連接和掃描定向的廣播事件。

• ADV_NONCONN_IND：該P(yáng)DU用于不可連接和不可掃描的非定向廣播事件

  
  

常見(jiàn)的Scaning PDU有：

• SCAN_REQ：該P(yáng)DU為發(fā)送掃描請(qǐng)求

• SCAN_RSP：該P(yáng)DU包括了廣播者的地址和返回的掃描響應(yīng)數(shù)據(jù)。

常見(jiàn)的Initiating PDU有：

• CONNECT_IND：該P(yáng)DU用于建立連接

LLData域有對(duì)應(yīng)了一些鏈路層參數(shù)的設(shè)置，可以詳細(xì)看Core 5.0 P2578

每一種PDU Type，都會(huì)定義自己的Payload組成。

數(shù)據(jù)通道PDU的格式，包括16bit的Header，可變大小的Payload，以及消息完整性檢查MIC.

包的格式如下：

Header包括

LLID：該字段標(biāo)識(shí)了這個(gè)包為L(zhǎng)L Data PDU或者LL Control PDU

NESN：下次期望的序列號(hào)

根據(jù)LLID字段，Data Channel PDU又分為L(zhǎng)L Data PDU和LL Control PDU兩種類(lèi)型。

• LL Data PDU：該P(yáng)DU用于發(fā)送鏈路層的數(shù)據(jù)。

當(dāng)LLID為01b時(shí)，并且Length=0時(shí)，表示一個(gè)Empty PDU。

當(dāng)LLID為10b時(shí)，則Length不能設(shè)置為0。

• LL Control PDU：該P(yáng)DU用于控制鏈路層的連接。

Opcode操作碼也有多種：

每一種操作碼對(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。詳細(xì)可見(jiàn)core5.0 P2589

CRC字段：在鏈路層包的最后，校驗(yàn)所有的PDU數(shù)據(jù)，大小長(zhǎng)度為3Byte。

如果PDU數(shù)據(jù)加密，則CRC將會(huì)計(jì)算加密后的PDU數(shù)據(jù)。

CRC算法采用多項(xiàng)式求和的形式進(jìn)行，感興趣的可以了解。Core 5.0 P2601

本篇主要講了BLE的Link Layer，包括鏈路層定義的角色和狀態(tài)，空中接口數(shù)據(jù)包的通信格式以及各個(gè)字段的含義，方便我們?nèi)シ治鯨OG和定位問(wèn)題。