ESP32学习笔记十七之蓝牙通信

蓝牙是一种短距离通信系统，蓝牙系统分为两种不同的技术：经典蓝牙(Classic Bluetooth)和蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy)。

从整体结构上，蓝牙可分为控制器(Controller)和主机(Host)两大部分；

ESP32应用的三种场景：

场景一(ESP-IDF默认)：在 ESP32 的系统上，选择 BLUEDROID 为蓝⽛牙主机，并通过 VHCI（软件实现的虚拟 HCI 接⼝口）接⼝口，访问控制器器。

场景⼆：在 ESP32 上运⾏控制器器（此时设备将单纯作为蓝⽛控制器使⽤），外接⼀个运⾏蓝⽛主机的设备（如运⾏ BlueZ 的 Linux PC、运⾏BLUEDROID 的 Android等）。

场景三：此场景与场景二类似，特别之处在于，在 BQB（或其它认证）的控制器测试下，可以将 ESP32 作为 DUT，用 UART 作为 IO 接口，接上认证测试的 PC 机，即可完成认证。

HCI接口选择

ESP32 上，HCI 只能同时使⽤用⼀个 IO 接口，即如使用 UART，则放弃 VHCI、 SDIO 等其他 IO 接口。在 ESP-IDF（V2.1 以后）中，可以在 menuconfig 中将蓝牙的 HCI IO 接口方式配置为 VHCI 或 UART。

蓝牙运行环境

ESP-IDF的默认运行环境为双核FreeRTOS，ESP32的蓝牙可按照功能分为多个任务(task)运行，不同任务的优先级也有不同，其中优先级最高的为运行控制器的任务。控制器任务对实时性的要求较高，在FreeRTOS系统中的优先级仅次于IPC任务(IPC任务用于双核CPU的进程通信)。BLUEDROID(ESP-IDF默认蓝牙主机)共包含4个任务，分别运行BTC、BTU、HCI UPWARD以及HCI DOWNWARD。

控制器

ESP32 的控制器同时⽀支持 Classic BT 和 BLE，支持的蓝牙版本为 4.2。控制器器中主要集成了 H4 协议、 HCI、 Link Manager、 Link Controller、 Device Manager、 HW Interface 等功能。这些功能都以库的形式提供给开发者，并做了一些 API 用来访问控制器。

主机架构

在 ESP-IDF 中，使用经过大量修改后的 BLUEDROID 作为蓝牙主机 (Classic BT + BLE)。

BLUEDROID内部大致分为2层：BTU层和BTC层(除去HCI)；BTU层主要负责蓝牙主机底层协议栈的处理，包括L2CAP、GATT/ATT、SMP、GAP以及部分规范等，并向上提供以“bta”为前缀的接口；BTC层主要负责向应用层提供接口支持、处理给予GATT的规范、处理杂项等，并向应用层提供以“esp”为前缀的接口。所有的API都在ESP_API层，开发者应当使用“esp”为前缀的蓝牙API(特殊的除外)。

OS相关适配

蓝牙目录

经典蓝牙

主机协议栈支持的经典蓝牙协议规范和协议如下：

协议和规范

L2CAP信道共支持6种模式：基本L2CAP模式、流量控制模式、重传模式、加强重传模式、流模式、基于LE Credit的流量控制模式

允许应用程序发现其他对等蓝牙设备提供的服务，并确定可用服务的特征。

可提供有关设备可发现性、可连接性和安全性的模式和过程描述。

蓝牙低功耗(BLE)

GAP协议层定义了 BLE 设备的发现流程，设备管理理和设备连接的建立。

BLE设备角色转换状态图 

BLE广播流程

使用public地址进行广播时，需要将esp_ble_adv_params_t成员own_addr_type设置为BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC。

使用可解析地址进行广播时，底层协议栈会15分钟更新一次广播地址，需要将esp_ble_adv_params_t成员own_addr_type设置为BLE_ADDR_TYPE_RANDOM。

与可解析地址进行广播一样，使用静态随机地址进行广播也需要将esp_ble_adv_params_t成员own_addr_type设置为BLE_ADDR_TYPE_RANDOM。

BLE广播类型介绍

 BLE广播过滤策略介绍

BLE扫描流程

 BLE GAP实现机制

ESP32 的 BLE 通用访问规范 (GAP) 采用调用 BLE gap API 相关的 API 和注册 BLE gap callback 并通过事件 (event) 返回来获取当前设备状态。GATT

BLE 里面的数据以属性 (Attribute) 方式存在，每条属性由四个元素组成：

属性句柄 (Attribute Handle)、属性类型 (Attribute UUID)、属性值 (Attribute Value)、属性许可 (Attribute Permissions) 我们把存有数据（即属性）的设备叫做服务器 (Server)，而将获取别人设备数据的设备叫做客户端 (Client)。

服务器和客户端之间的交互操作都是通过上述的消息 ATT PDU 实现的。每个设备可以指定自己设备支持的最大 ATT 消息长度，我们称之为 MTU。 ESP32 IDF 里面规定 MTU 可以设置的范围是 23~517 字节，对属性值的总⻓长度没有做限制。基于ESP32 IDF建立GATT服务(GATT服务器)

esp_gatts_attr_db_t定义如下：

基于ESP32 IDF发现对方设备的服务信息(GATT客户端)

SMP(安全管理协议)