七 蓝牙低功耗(BLE)协议栈 之 GAP层

一 介绍

GAP(Generic Access Profile, 通用访问规范)定义了设备如何彼此发现、建立连接以及如何实现绑定，同时描述了设备如何成为广播者和观察者，并且实现无需连接的数据传输。还定义了不同类型的地址来实现隐私性和可解析性。

GAP内部有两个基本概念用来描述设备的行为，即模式(mode)和规程(procedure)。

当一个设备被配置为按照某种方式操作一段较长的时间时，称为模式。当一个设备被配置为在某一段有限的时间内执行某种特定的操作时，称为规程。

举个例子，当一个设备正在进行广播时，称其为"广播模式"。广播往往会持续较长时间，也许是该设备唯一用途。而当一个设备正在寻找广播者时，称其为"观察规程"。观察往往持续一段较短时间，用以构建用户界面或者寻找需要的指定信息。

1. LL层可以发出各种不同的PDU type的广播包，比如：可连接的、不可连接的等。
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 GAP定义的4种Role

GATT从数据的提供使用角度提出了client和server两个概念。

GAP从数据的发起、接收角度提出了4个角色：

1. Boardcast(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，又含有无线接收器。
4. Central(*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，又含有无线接收器。

具体的角色可以做什么,需要什么配置看下图，详细信息在 《core_v5.1》 -> vol 2 -> Part C Generic Access Profile -> 2 Profile Overview

三 GAP的模式和规程

GAP定义了下列模式：

• 广播模式
• 不可发现模式
• 有限可发现模式
• 一般可发现模式
• 不可连接模式
• 定向可连接模式
• 不可绑定模式
• 可绑定模式

GAP 定义了下列规程：

• 观察规程
• 有限发现规程
• 一般发现规程
• 名称发现规程
• 自动连接建立规程
• 一般连接建立规程
• 选择性连接建立规程
• 直接连接建立规程
• 连接参数更新规程
• 终止连接规程
• 绑定规程

规程和模式相互相成的，比如说设备A处于模式X，设备B使用规程Y来访问它。

BLE有一下几种模式和规程：

• Broadcast mode and Observation procedure， 广播模式和观察规程
• Discovery modes and procedures，发现模式和规程
• Connection modes and procedures，连接模式和规程
• Bonding modes and procedures， 绑定模式和规程
• Periodic advertising modes and procedure，周期性的广播模式和规程

1 发现模式和规程

外围设备可以处于三种模式之一，*设备要使用三种规程之一和对方交互。广播的模式类型在广播数据的AD Type字节体现出来。

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需要设置这2个位为0：

• LE General Discoverable Mode
• LE Limited Discoverable Mode

问题是，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：

• 设备A发出广播操作，但是其中的AD Type中表示自己是不可被发现的
• 设备B的Controller，肯定可以接受到这个广播包，上传到Host，解析出来其中的AD Type
• 设备B的Host是个君子，不在UI界面显示设备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，它才会发出广播报文；并且在过一段时间后，它就继续休眠。

我们使用手机查找蓝牙设备时，可能会列出来很多个设备，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 Discoverable Procedure

有限可发现规程。*设备既可以发现处于有限发现模式的设备，也可以发现处于一般发现模式的设备，但是处理有限可发现规程的*设备只列出来处于有限可发现模式的设备。

5. General Discoverable Procedure

一般可发现规程。*设备既可以发现处于有限发现模式的设备，也可以发现处于一般发现模式的设备，*设备会列出来所有的设备。

2 连接模式和规程

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*设备，外围设备可以使用该模式。在该模式下他发出ADV_DIRECT_ADV广播报文，直接发给指定的*设备。所以该外围设备应该曾经与该*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很快建立连接，或者打算尽可能的省电，则可以使用该模式。他发出ADV_IND广播报文。

4. Auto Connection Establishment Procedure

自动连接建立规程。

*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建立连接。Host需要实现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，都只能使用同一套基本连接参数。

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先把想要连接的设备放入Controller的白名单。正在广播的设备只要在白名单上才会被提交给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 《core V5.1》-> VOL6 -> Part B -> 5.1 Link Layer control procedures

9. Terminate Connection Procedure

终止连接规程。

*设备或外围设备都可以执行该规程，LL层发出LL_TERMINATE_IND_PDU就可以。

四 GAP服务

每一个*设备或外围设备中，都有一个GAP Service。在GAP Service中至少有这2项characteristic：

• Device Name，设备名字
• Appearance，*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。

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