news 2026/4/17 5:36:26

BLE 连接和通信 的实现

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张小明

前端开发工程师

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BLE 连接和通信 的实现

文章目录

      • 1、从机广播
      • 2、主机扫描
      • 3、建立连接
      • 4、发送与接收数据


为了创建和维护一个BLE连接,引入角色这一概念。
一个BLE设备不是主机Master(集中器)角色,就是从机Slave(外围设备)角色。

这是根据是谁发起这个连接来确定的:
主机Master设备总是连接的发起者,而从机Slave总是被连接者

这个访问与连接过程,都在通用访问规范(GAP)进行实现的。


1、从机广播

从机要被主机连接,它就必须先被主机发现。这个时候,从机设备把自身信息,以广播形式发射出去。
比如,设备A(Advertiser)需要先进行广播,设备A(Advertiser)不断发送 广播信号,T 为广播间隔。每发送一次广播包,称为一次广播事件(Advertising Event),因此 T 也称为广播间隔

广播间隔,它的范围是20ms到10.24s。广播间隔影响建立连接的时间。


当广播发出的时候,每一个广播事件包含三个广播包,即分别在 37/38/39 三个信道上,同时广播相同的信息。

下图 Observer 为主机观察者,Advertiser 就是从机广播。


2、主机扫描

设备A(Advertiser)不断发送广播信号给主机(Observer),如果手机不开启扫描窗口,主机是收不到设备A的广播的。
如下图所示,不仅手机要开启射频接收窗口,而且只有主机的射频接收窗口跟广播发送的发射窗口 匹配成功,手机才能收到设备A的广播信号。

由于这种匹配成功是一个概率事件,因此手机扫到设备A也是一个概率事件。
也就是说,主机有时会很快扫描到设备A,比如只需要一个广播事件;
主机有时又会很慢才能扫到设备A,比如需要10个广播事件甚至更多。

下面图表示了 主机主动扫描广播的过程:
控制器收到扫描数据包后,将向主机发送一个广播报告事件(adv_report),该事件同样包括了 链路层数据包的广播类型。因此,主机能够判断 对端设备 是否可以连接或者扫描,并且区分出广播数据包和扫描响应数据包。



3、建立连接

如图所示,手机在收到A1广播包ADV_IND后,以此为初始点,T_IFS 后给Advertiser 发送一个Connection Request命令,即A2数据包,告诉Advertiser,我将要过来连你,请你做好准备。

Advertiser 根据Connect_req命令信息,做好接收准备。
Connect_req其实是在告诉 Advertiser,手机将在 Transmit Window 期间发送第一个同步包(P1)给你,请在这段时间里把你的射频接收窗口打开。

设备B收到P1后,在 T_IFS 时间后,将给手机回复数据包P2。

一旦手机收到数据包P2,连接即可认为建立成功

后续手机将以P1为锚点(原点),Connection Interval 为周期,周期性地给设备B发送Packet。



4、发送与接收数据

连接成功后,MasterSlave在每一个 Connection Interval 开始的时候,都必须交互一次,即MasterSlave发一个包,Slave再给Master发一个包,整个交互过程称为一个 Connection Event。
蓝牙芯片只有在 Connection Event 期间才把射频模块打开,此时功耗比较高,其余时间蓝牙芯片都是处于Idle状态的。因此蓝牙芯片平均功耗就非常低。

Master不可能时时刻刻都有数据发给Slave,所以Master大部分时候发的都是空包(Empty Packet)给Slave
同样 Slave 也不是时时刻刻都有数据给 Master,因此Slave回复给Master的包,大部分时候也是空包。

另外在一个 Connection Event 期间,Master 也可以发多个包给 Slave,以提高吞吐率。

综上所述,连接成功后的通信时序图,应该如下所示:

图中,主从数据发送的数据包TX和RX表示方向性的数据通道,也就是蓝牙的空中属性,空中操作时间都是采用蓝牙操作句柄来进行的,因此句柄能够唯一表示各个属性。

空中特性的性质包括:
1、主机RX,从机TX方向
(1)通知:从机 上传数据给 主机,不需要主机回复一个响应
(2)指示:从机 上传数据给 主机,需要主机发一个确认给服务器
通知和指示之间不同点 在于指示有应用层上的确认,而通知没有。

2、主机TX,从机RX方向
(1)写
(2)没有回应的写
(3)读

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