低功耗蓝牙（BLE）为各种通信方案定义了一个框架。它允许设备发现彼此，广播数据，建立连接以及许多其他基本操作。

主要目标是专注于为BLE堆栈的以下元素定义的过程：

“通用访问配置文件”（GAP）：广告，扫描和连接。“通用属性配置文件”（GATT）：主要服务发现，GATT特征操作，通知和指示。“安全管理器”：配对和绑定。

为了全面介绍这些过程，将使用一系列顺序图，重点放在以下各项上：

BGAPI函数调用。消息通过空中交换。BLE堆栈引发的事件。

此外，根据上下文（GAP或GATT协议），序列图将使用主从节点或服务器和客户端的术语。

1）通用访问配置文件（GAP）

为了使两个设备A和B建立BLE连接，必须进行以下操作：一个设备（例如A）必须进行 广告发布，而另一个设备（例如B）必须 扫描 可连接设备。结果，只有扫描设备B可以发起连接。那么，扫描设备B是主设备，而广告设备A是从设备。

1.1）广告和扫描

BLE实现了时分双工方案。这意味着在给定的频道上，一条 物理链路上正在进行双工通信（即发送和接收数据） 。例如，这与有线串行链路不同，在有线串行链路中，TX和RX线将分别用于传输和接收。

结果，可以使用一组定义的可调定时参数：广告间隔，扫描间隔，扫描窗口。有关更多信息，请参考BLE 核心规范 。

广告商定期将广告包发送到任何侦听设备。扫描程序开始监听，并且每次接收到广告包时都会引发“扫描响应”事件。广告包传达一些有用的信息，例如广告商蓝牙地址。最终可以使用这些信息来建立连接。

有两种扫描方法：被动和主动。在被动扫描中，扫描仪仅接收广告包。在主动扫描中，扫描仪会向广告商发送“扫描请求”消息，其中包含扫描仪的蓝牙地址及其地址类型。

注意：本文不涵盖扩展广告。

1.2）连接成功

扫描仪从广告商那里收集了所有必要的信息后，便可以连接到它。以下顺序图说明了为了成功建立连接而进行的步骤：

请务必注意，扫描仪是启动连接的扫描仪。

1.3）连接启动失败

连接启动失败的发生可能有两个原因：连接启动被取消或超时。设备可以在创建后立即取消挂起的连接。从站必须在给定的时间间隔内响应主站。BLE标准将固定的六个连接间隔数定义 为主机可以保持静默（例如，不发送任何数据包）的限制。如果主机（主机或从机）之一保持沉默的时间更长，则将断开连接。

在此示例中，经过了 六个连接间隔， 但未从从站接收到任何数据通道PDU。结果，连接断开。同样，如果主机在相同的时间间隔内无法将数据通道PDU发送到从机，则连接将断开。

注意：这与监管超时不同。它仅适用于连接发起，换句话说，存在至少一个成功的连接事件，在该事件中，主机和从机之间交换了数据包。

1.4）更新连接参数

建立BLE连接后，可能需要进行一些参数调整。为此，主机，主机或从机都可以触发“连接参数请求”过程。该过程可以在连接启动期间在链路层级别（即，在没有应用程序请求的情况下）触发。BGAPI实现例程 gecko_cmd_le_gap_set_conn_parameters（） 来预设参数值。启动连接后，仍然可以在任何时间通过调用 应用程序层中的例程gecko_cmd_le_connection_set_parameters（）来更新连接参数 ：

此外，上面的序列图还显示了“ GATT MTU交换”子过程。

ATT协议默认将最大传输单元（MTU）定义为23字节。如果连接的两个设备可以支持更大的ATT_MTU值，则触发“ GATT MTU交换”过程以设置ATT协议MTU。在连接发起期间，该过程仅应发起一次。

请注意，在连接会话期间，安全模式和数据通道PDU有效负载长度可能会有所不同。

注意：在“连接参数请求”过程中，主站始终优先于参数决定。换句话说，主机始终具有用于参数协商的“最后一个字”。

2）通用属性配置文件（GATT）

GATT为Bluetooth SIG或用户定义的所有配置文件提供了一个框架。蓝牙配置文件使用分层结构实现：

服务：它们包含在GATT条目中，这些条目将彼此相关的属性分组在一起。特点：它们是数据容器。特征包括一个 声明 （标签）和一个 值。描述符：放置在特征下，它们提供有关特征及其值的附加信息。

GATT database*--> Services | --> Characteristics (always placed under a service) | --> Descriptors (always placed under a characteristic)

BLE规范将单个服务中的所有属性称为 服务定义。

2.1）主要服务发现

主要服务是GATT服务的标准类型，包括GATT服务器公开的相关标准功能。换句话说，服务是特征的集合。结果，建立连接时，GATT客户端必须能够发现可用的服务。

该过程遍历GATT数据库的所有可用服务， 为发现的每个主要服务生成evt_gatt_service事件。到达列表的末尾后， 堆栈 将引发evt_gatt_end_procedure。

一旦客户端获得了服务的句柄范围，就会存在类似的过程，以便检索该服务下的特征的完整列表。

2.2）特征

如前所述，特征是数据容器。它们包含一个 声明 （标签）和一个 值。

有多种类型的特征：

'hex'或'utf-8'特性：它们包含在BLE堆栈内部维护的hex或utf-8值中。“用户”特征：用户特征在应用程序级别上维护。换句话说，收到读/写命令时，应用程序有责任执行适当的操作。

此外，根据给定的特性，可以执行不同类型的读/写操作。我们将在此处着重执行以下过程：

读/写用户特征。长时间读取/写入用户特征。通知和指示

在此我们将不描述以下子过程：

读取多个特征没有回应就写签名写，无回应可靠的写入

有关这些过程的更多信息，请参考BLE 内核规范 和 KBA_BT_0304：不同的特征值类型

2.2.1）读/写十六进制和utf-8类型的特征

BLE堆栈管理这些特性的读取和写入操作。如果是读取，则在接收到“读取请求”后，服务器堆栈将发送回“读取响应”，其中包含如下所示的特征值：

以下序列图描述了写操作：

“写入响应”仅包含一个错误代码，指示写入是否成功。

请注意，如果达到有效负载的最大长度，则BLE堆栈会自动使用读/写长特性。

2.2.2）读取用户特征

“读取特征值”过程是通过 gecko_cmd_gatt_read_characteristic_value（） BGAPI命令实现的。在此过程中，特征长度必须小于或等于最大有效负载，即（ATT_MTU-1）字节。换句话说，特征的长度必须适合一个“读取响应”。

数据通过“读取响应”从服务器发送到客户端。然后，客户端应用程序可以通过“ evt_gatt_characteristic_value”事件检索数据。

如果该特性不适合一个“读取响应”，则 可以使用通过gecko_cmd_gatt_read_characteristic_value（）例程实现的“读取长特性值”过程 。如果有效载荷大于（ATT_MTU-1），则堆栈将使用gecko_cmd_gatt_read_characteristic_value_from_value（）自动打包并发送数据 。调用gecko_cmd_gatt_read_characteristic_value_from_value（）并不是应用程序的责任 ，而是，应用程序仍将使用 gecko_cmd_gatt_read_characteristic_value（） 例程。下面的序列图描述了使用偏移量例程的“读取长特征值”机制。

客户端通过（ATT_MTU-1）字节块读取特征。客户端堆栈保留并更新用于读取请求的字节偏移量。

2.2.3）写出用户特征

“写入特征值”过程是通过 gecko_cmd_gatt_write_characteristic_value（） BGAPI命令实现的。在此过程中，特征长度必须小于或等于最大有效负载，即（ATT_MTU-3）字节。与“读取特征”类似，特征的长度必须适合一个“写入请求”。

对于更长的特征，可以使用同一命令在远程GATT数据库中写入特征。如果有效负载不适合一个请求，则在调用gecko_cmd_gatt_write_characteristic_value（）时会自动使用“长写”过程 。该值在服务器端被缓冲，直到发送完所有数据为止。服务器接收到所有数据后，客户端可以发出“执行写入请求”以触发远程GATT数据库中的有效写入。

如果操作成功， 服务器将发送evt_gatt_procedure_completed。

2.2.4）通知和指示

服务器启动的更新可以从GATT服务器发送到客户端，而无需客户端请求。这具有节省功率和带宽的优点。服务器启动的更新有两种类型：通知和指示。在这两种情况下，都必须先使用gecko_cmd_gatt_set_characteristic_notification（）在远程GATT服务器上启用该过程 。

通知包括特征的句柄（即其标识符）和值。客户端收到通知，但不将任何确认发送回服务器。

另一方面，这些指示具有相同的行为，但需要客户端以确认的形式进行明确确认。如果客户端未发送确认，则服务器将不发送进一步的指示。

指示使用与通知相同的属性协议功能。

3）安全管理器协议（SMP）

安全管理器（SM）既是协议，又是一系列安全算法，旨在为Bluetooth协议栈提供生成和交换安全密钥的能力，然后使对等方可以通过加密链路安全地通信，以信任身份最后，在需要时隐藏公共蓝牙地址，以避免恶意的对等方跟踪特定的设备。

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