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Core_v4.2_低功耗蓝牙_链路层规范_空中接口报文

文件版本说明

第二章 空中接口报文(Air Interface Packetcs)

本章介绍低功耗蓝牙再空中发送的数据包格式。基于蓝牙规范core_v4.2.pdf。

2.1 报文格式

低功耗蓝牙规范中，有两类报文：广播报文和数据报文。

（1）设备利用广播报文发现、连接其它设备。一旦连接建立之后，则开始使用数据报文。

（2）低功耗蓝牙规定了3个广播信道(37,38,39)和37个数据信道(0~36)。

无论是广播报文还是数据报文，链路层只使用一种数据包格式：

注：报文是一比特一比特传输的，且从最低位开始。

1字节的前导，4字节的接入地址，2~257自己的的协议数据单元PDU，3自己的CRC检验。

2.1.1 Preamble前导

报文前导是最开始的8位数据。接收机可以用它来：

（1）perform frequency synchronization -- 确定"0"、"1"比特所使用的频率

（2）symbol timing estimation -- 时序估计

（3）Automatic Gain Control (AGC) training -- 配置自动增益控制

广播信道报文前导：10101010b。数据信道报文前导依赖Access Address 的最低bit，1-- 01010101b，0 -- 10101010b。

2.1.2 Access Address接入地址

（1）什么是接入地址？

（2）广播信道报文的接入地址

所有广播信道报文的接入地址为：10001110100010011011111011010110b (0x8E89BED6)

（3）数据信道报文接入地址

每个两个设备的链路层连接之间数据信道报文接入地址是不相同的。处于初始化状态的设备，并按照定连接请求定义。

数据信道报文接入地址为：32bits随机数，有如下限制：

1. 不能出现6个连续的"0"或"1"；
2. 不等于0x8E89BED6；
3. 与"0x8E89BED6"不能只有一位不同；
4. 4个字节不能相等；
5. 不能有超过24次比特翻转；
6. 最后6比特至少有2次比特翻转。

   符合规则的大概有231个。

    

   2.1.3 PDU协议数据单元

   PDU有广播的报文和数据信道的报文两种。后边有详细介绍。

   2.1.4 CRC

   CRC为3字节，计算PDU的校验值。后边有详细介绍。

    

   2.2 RFU(预留)

   2.3 广播信道报文

   仅发生在广播信道上的数据交互协议报文。报文总体格式如下：

   

   Advertising channel PDU header:

   

   PDU Type:

   PDUType(b3 b2 b1 b0)	PackeName
   0000	ADV_IND
   0001	ADV_DIRECT_IND
   0010	ADV_NONCONN_IND
   0011	SCAN_REQ
   0100	SCAN_RSP
   0101	CONNECT_REQ
   0110	ADV_SACN_IND
   0111-1111	Reserved

       RFU : 保留

       TxAdd : 发送地址类型

       RxAdd : 接收地址类型

       长度 ：6~37字节

    

   2.3.1 Advertising PDUs(广播报文)

   广播报文有以下4种：

   （1）ADV_IND ：可连接的无定向广播事件。

   （2）ADV_DIRECT_IND: connectable directed advertising event

   （3）ADV_NONCONN_IND: non-connectable undirected advertising event

   （4）ADV_SCAN_IND: scannable undirected advertising event。

   这些PUDs的数据流向为 advertiser->scanner/initiator。

    

   2.3.1.1 ADV_IND PUD

   可连接非定向广播。Payload包含广播地址和广播数据。主要表明自己是可以被连接的，其他设备可以通过扫描获取。

   

   广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址。TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   广播数据字段：根据应用不同具体设计(0~31字节)。

    

   2.3.1.2 ADV_DIRECT_IND PDU

   可连接定向广播事件。Payload包含广播地址和接收地址。用于向特定设备建立连接的数据包。

   

   广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址；TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   发起者地址字段：RxAdd = 0，AdvA地址公共地址，RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   Note: This packet does not contain any Host data

    

   2.3.1.3 ADV_NONCONN_IND

   不可连接非定向广播事件，仅用于广播信息，其他设备扫描接收。

   

   广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址。TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   广播数据字段：广播信息。

    

   2.3.1.4 ADV_SCAN_IND

   可扫描的非定向广播事件。

   注: ADV_DISCOVER_IND was renamed to ADV_SCAN_IND

   

   广播地址字段：TxAdd = 0，AdvA地址公共地址。TxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   广播数据字段：广播信息。

    

   2.3.2 Scanning PDUs（扫描报文）

   扫描报文有两种报文：

   （1）SCAN_REQ: sent by the Link Layer in the Scanning State, received by a Link Layer in the Advertising State

   （2）SCAN_RSP: sent by the Link Layer in the Advertising State, received by a Link Layer in the Scanning State

   这两个报文都是用在连接过程中请求广播者获取信息的。有发起连接发出SCAN_REQ，广播者SCAN_RSP。

   2.3.2.1 SCAN_REQ 扫描请求

   SCAN_REQ报文包含请求方的地址和指定回应方的地址。用于建立连接是请求获取被连接方的设备信息。

   

   扫描地址字段：TxAdd = 0，ScanA地址公共地址。TxAdd = 1，ScanA地址随机地址。

   广播地址字段：RxAdd = 0，AdvA地址公共地址。RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   Note: This packet does not contain any Host Data.

    

   2.3.2.1 SCAN_RSP扫描回应

   该报包含发送地址和接收地址+回应数据。即ScanRspData包含回应数据。

   

   广播者字段：TxAdd = 0，ScanA地址公共地址。TxAdd = 1，ScanA地址随机地址。

   RxAdd = 0，AdvA地址公共地址。RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   回应数据字段：?????，数据是怎么样的，ScanA怎么接收判断是自己想要的数据。

    

   2.3.3 Initiating PDUs（发起连接报文）

   发起者发起连接的报文有1个：

   CONNECT_REQ ：This PDU is sent by the Link Layer in the Initiating State and received by the Link Layer in the Advertising State.

    

   2.3.3.1 CONNECT_REQ连接请求报文

   该报文由(Initiating State)发起连接端的发出，Advertising State端接收。格式如下：

   

   包含有请求端地址InitA、接收端地址AdvA、数据域LLDate。

   地址InitA：TxAdd = 0，InitA地址公共地址。TxAdd = 1，InitA地址随机地址。

   地址AdvA：RxAdd = 0，AdvA地址公共地址。RxAdd = 1，AdvA地址随机地址。

   LLData数据定义如下：

   

   LLDate的10个字段：

   字段	描述
   Access Address	接入地址
   CRC校验	详细Section 3.1.1
   窗口长度	transmitWindowSize=WinSize*1.25ms来定义，详细Section 4.5.3。
   窗口偏移	transmitWindowOffset=WinOffset*1.25ms来定义，详细Section 4.5.3。
   连接间隔	connInterval = Interval * 1.25 ms，详细Section 4.5.1
   从机延时	connSlaveLatency = Latency，详细Section 4.5.1。
   连接超时	connSupervisionTimeout = Timeout * 10 ms，详细Section 4.5.2。
   ChM	信道地图映射，标记信道是否已经使用，每一个信道由1个位表示一个信道index。 详细Section 1.4.1。 LSB在前，数据信道0~36(37~39预留)，值0表示没有被使用，值为1表示信道已经使用。
   Hop	hopIncrement和ChM来决定数据传输过程中的跳频算法。Section 4.5.8.2定义有跳频算法。
   SCA	睡眠时钟精度，参照表2.2设置。

    

   2.4 数据信道报文

   数据信道的PUD有一个16bit的头部，一个长度可变的payload，还可能包含一个32bit的数据完整性检查MIC。格式如下：

   

7. 头部

   头部格式如下：

   Header
   LLID (2bits)	NESN (1bits)	SN (1bits)	MD (1bits)	保留 (3bits)	Length (8bits)

   字段如下：

   Field name	Description
   LLID	标志该报文类型：LL Data PDU or an LL Control PDU. 00b = Reserved(保留) 01b = LL Data PDU: Continuation fragment of an L2CAP message, or an Empty PDU. 10b = LL Data PDU: Start of an L2CAP message or a complete L2CAP message with no fragmentation. 11b = LL Control PDU
   NESN	Next Expected Sequence Number，下一个序列号，参考Section 4.5.9
   SN	Sequence Number序列号，参考Section 4.5.9
   MD	More Data，参考Section 4.5.6
   Length	数据长度：Payload + MIC，范围0~255字节。

   注意：MIC字段出现在：（1）加密的链路层连接中；（2）payload为0的数据信道PDU的加密链路层连接中。计算参考 [Vol. 6] Part E, Section 1。

   由头部的LLID决定Payload的数据格式。

   2.4.1 LL Data PDU

   头部LLID字段为01b or 10b时，使用来发送L2CAP数据。

   当LLID=01b，lenght=00000000b时，是一个空报文。主链路层可以发送空报文给从机，从机响应任意数据信道报文(包含空报文)。

   当LLID=11b时，lenght不能为00000000b，发送有数据的L2CAP数据。

   2.4.2 LL Control PDU

   头部LLID字段为11b时，表示这个数据包是用于控制、管理LL连接的LL control PDU。报文格式如下：

   

   控制报文数据lenght不能为0，所有控制报文都有数据域。

   其中Opcode指示控制&管理packet的类型，包括：

   Opcode	Control PDU Name
   0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0A 0x0B 0x0C	LL_CONNECTION_UPDATE_REQ LL_CHANNEL_MAP_REQ LL_TERMINATE_IND LL_ENC_REQ LL_ENC_RSP LL_START_ENC_REQ LL_START_ENC_RSP LL_UNKNOWN_RSP LL_FEATURE_REQ LL_FEATURE_RSP LL_PAUSE_ENC_REQ LL_PAUSE_ENC_RSP LL_VERSION_IND
   0x0D 0x0E 0x0F 0x10 0x11 0x12 0x13 0x14 0x15 0x16-0xFF	LL_REJECT_IND LL_SLAVE_FEATURE_REQ LL_CONNECTION_PARAM_REQ LL_CONNECTION_PARAM_RSP LL_REJECT_IND_EXT LL_PING_REQ LL_PING_RSP LL_LENGTH_REQ LL_LENGTH_RSP Reserved for Future Use
   Opcode	Control PDU Name

    

   如果未使用LL Data PDU报文或者不支持，接收到LL Data PDU报文将会回应LL_UNKNOWN_RSP PDU。

   如果接收到无效的Opcode,将会回应LL_UNKNOWN_RSP PDU。

    

   2.4.2.1 LL_CONNECTION_UPDATE_REQ

   控制数据域格式如下：

   

8. WinSize 设置transmitWindowSize 值：transmitWindowSize = WinSize * 1.25 ms。

    

    

    

    

    

   ......(未完待续)

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

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