藍牙核心技術概述（四）：藍牙協議規范（HCI、L2CAP、SDP、RFOCMM）

2019-11-09 14:42:26

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關鍵詞：藍牙核心技術協議 HCI L2CAP SDP RFCOMM

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藍牙核心技術概述（一）：藍牙概述藍牙核心技術概述（二）：藍牙使用場景藍牙核心技術概述（三）：藍牙協議規范（射頻、基帶鏈路控制、鏈路管理）藍牙核心技術概述（四）：藍牙協議規范（HCI、L2CAP、SDP、RFOCMM）藍牙核心技術概述（五）：藍牙協議規范（irOBEX、BNEP、AVDTP、AVCTP）

一、主機控制接口協議 HCI藍牙主機-主機控模型

藍牙軟件協議棧堆的數據傳輸過程：

1、藍牙控制器接口數據分組：指令分組、事件分組、數據分組（1）、指令分組

如：Accpet Connection RequestOpcode為：0x0409參數長度為: 07 參數中藍牙地址為：00:0d:fd:5f:16:9f角色為：從設備 0x01大端數據模式指令為：09 04 07 9f 16 5f fd 0d 00 01（2）、事件分組

如上圖：Opcode :0x0409狀態： 0x00總長度： 4字節命令狀態：0x0f（3）、數據分組ACL 數據分組

連接句柄（12bit）	PB(2bit)	BC(2bit)	數據長度（16bit）
數據…………

注：PB Packet_Boundary BC Broadcast FlagSCO 數據分組

連接句柄（12bit）	保留（4bit）	數據長度（16bit）
數據…………

（4）、RS232分組指示器:

HCI 分組類型	RS232分組指示器
HCI指令分組	0x01
HCI ACL數據分組	0x02
HCI SCO數據分組	0x03
HCI事件分組	0x04
HCI錯誤消息分組	0x05
HCI協商分組	0x06

2、HCI控制命令

（1）、鏈路控制指令

命令	OCF	概述
Inquiry	0x0001	藍牙設備進入查詢模式，搜索臨近設備
Inquiry Cancel	0x0002	退出查詢模式
Periodic Inquiry Mode	0x0003	藍牙設備在指定周期內自動查詢
Exit Periodic Inquiry Mode	0x0004	退出自動查詢模式
Create Connection	0x0005	按指定藍牙設備的BD_ADDR創建ACL鏈路
Disconnect	0x0006	終止現有連接
Add SCO Connection	0x0007	利用連接句柄參數指定的ACL連接創建SCO
Cancel Create Connection	0x0008
Accept Connection Request	0x0009	接收新的呼入連接請求
Reject Connection Request	0x000A	拒絕新的呼入連接請求
Link Key Request Reply	0x000B	應答從主機控制器發出的鏈路密鑰請求事件，并指定存儲在主機上的鏈路密鑰做為與BD_ADDR指定的藍牙設備進行連接使用的鏈路密鑰請求事件
Link Key Request Negative Reply	0x000C	如果主機上沒有存儲鏈路密鑰，作為與BD_ADDR指定的藍牙設備進行連接使用的鏈路密鑰，就應答從主機控制器發出的鏈路密鑰請求事件
PIN Code Request Reply	0x000D	應答從主機控制器發出的PIN請求事件，并指定用于連接的PIN
PIN Code Request Negative Reply	0x000E	當主機不能指定連接的PIN時，應回答從機控制器發出的PIN請求事件
Change Connection Packet Type	0x000F	改變正在建立連接的分組類型
Authentication Request	0x0011	指定連接句柄關聯的兩個藍牙設備之間建立身份鑒權
Set Connection Encryption	0x0013	建立取消連接加密
Change Connection Link Key	0x0015	強制關聯了連接句柄的兩個設備建立連接，并生成一個新的鏈路密鑰
Master Link Key	0x0017	強制關聯了連接句柄的兩個設備利用主設備時鏈路密鑰或常規密鑰
Remote Name Request	0x0019	獲取遠端設備的名稱
Cancel Remote Name Request
Read Remote Supported Features	0x001B	請求遠端設備所支持的特性列表
Read Remote Extended Features
Read Remote Version Information	0x001D	從遠端設備讀取版本信息
Read Clock Offset	0x001F	讀取遠端的時鐘信息

（2）、鏈路策略指令

命令	OCF	簡介
Hold Mode	0x0001	改變LM狀態和本地及遠程設備為主模式的LM位置
Sniff Mode	0x0003	改變LM狀態和本地及遠程設備為呼吸模式的LM位置
Exit Sniff Mode	0x0004	結束連接句柄在當前呼吸模式里的呼吸模式
Park State	0x0005	改變LM狀態和本地及遠程設備為休眠模式的LM位置
Exit Park State	0x0006	切換從休眠模式返回到激活模式的藍牙設備
QoS Setup	0x0007	指出連接句柄的服務質量參數
Role Discovery	0x0009	藍牙設備連接后確定自己的主從角色
Switch Role	0x000B	角色互換
Read Link Policy Settings	0x000C	為指定連接句柄讀鏈路策略設置。鏈路策略設置允許主機控制器指定用于連接句柄的LM連接模式
Write Link Policy Settings	0x000D	為指定連接句柄寫鏈路策略設置。鏈路策略設置允許主機控制器指定用于連接句柄的LM連接模式
Read Default Link Policy Settings	0x000E
Write Default Link Policy Settings	0x000F
Flow Specification	0X0010

（3）、主機控制器與基帶指令

Set Event Mark	0x0001	使能主機過濾HCI產生的事件
Reset	0x0003	復位藍牙控制器、鏈路管理器、基帶鏈路管理器
Set Event Filter	0x0005	使能主機指定不同事件過濾
Flush	0x0008	針對指定的藍牙句柄，放棄所有作為當前待傳輸數據，甚至當前是屬于多個在主機控制器里的L2CAP指令的數據塊
Read PIN Type	0x0009	主機讀取指定主機的PIN類型是可變的還是固定的
Write PIN Type	0x000A	主機寫入指定主機的PIN類型是可變的還是固定的
Create New Unit Key	0x000B	創建新的單一密鑰
Read Stored Link Key	0x000D	讀取存放在藍牙控制器中的單個或者多個密鑰
Write Stored Link Key	0x0011	寫入存放在藍牙控制器中的單個或者多個密鑰
Delete Stored Link Key	0x0012	刪除存放在藍牙控制器中的單個或者多個密鑰
Write Local Name	0x0013	修改藍牙設備名稱
Read Local Name	0x0014	讀取藍牙設備名稱
Read Connection Accept Timeout	0x0015	讀連接識別超時參數值，定時器終止后藍牙硬件自動拒絕連接
Write Connection Accept Timeout	0x0016	寫連接識別超時參數值，定時器終止后藍牙硬件自動拒絕連接
Read Page Timeout	0x0017	讀尋呼超時參數值，本地設備返回連接失敗前，該值是允許藍牙硬件定義等待遠程設備連接申請時間
Write Page Timeout	0x0018	寫尋呼超時參數值，本地設備返回連接失敗前，該值是允許藍牙硬件定義等待遠程設備連接申請時間
Read Scan Enable	0x0019	寫出掃描允許參數值---用來控制藍牙設備周期性查詢
Write Scan Enable	0x001A	讀出掃描允許參數值---用來控制藍牙設備周期性查詢
Read Page Scan Activity	0x001B	讀尋呼掃描間隔、尋呼掃描區間參數
Write Page Scan Activity	0x001C	寫尋呼掃描間隔、尋呼掃描區間參數
Read Inquiry Scan Activity	0x001D	讀查詢掃描間隔、查詢掃描區間參數
Write Inquiry Scan Activity	0x001E	寫查詢掃描間隔、查詢掃描區間參數
Read Authentication Enable	0x001F	讀取鑒權允許參數---控制藍牙設備是否對每個連接進行鑒權
Write Authentication Enable	0x0020	寫取鑒權允許參數---控制藍牙設備是否對每個連接進行鑒權
Read Encryption Mode	0x0021	讀加密模式數值---控制藍牙設備是否對每個連接進行加密
Write Encryption Mode	0x0022	寫加密模式數值---控制藍牙設備是否對每個連接進行加密
Read Class Of Device	0x0023	讀取設備類型參數值，用于區別設備能力
Write Class Of Device	0x0024	寫設備類型參數值，用于區別設備能力
Read Voice Setting	0x0025	讀取語音設置參數值，控制語音連接的各種設置
Write Voice Setting	0x0026	寫語音設置參數值，控制語音連接的各種設置
Read Automatic Flush Timeout	0x0027	對指定句柄，讀取刷新超時值
Write Automatic Flush Timeout	0x0028	對指定句柄，寫入刷新超時值
Read Num Broadcast Retransmissions	0x0029	讀取設備的廣播重復發送次數，重復發送提高廣播消息的可靠性
Write Num Broadcast Retransmissions	0x002A	寫入設備的廣播重復發送次數，重復發送提高廣播消息的可靠性
Read Hold Mode Activity	0x002B	讀取Hold Mode Activity的參數值，用來確定Hold掛起的時間
Write Hold Mode Activity	0x002C	寫入Hold Mode Activity的參數值，用來確定Hold掛起的時間
Read Transmit Power Level	0x002D	對指定句柄，讀取傳輸功率的參數值
Read Synchronous Flow Control Enable	0x002E	讀取SCO流量控制設置。通過使用該設置，主機控制器決定是否主機控制器發送與SCO連接句柄相關的完成分組事件的數量
Write Synchronous Flow Control Enable	0x002F	讀寫入SCO流量控制設置。通過使用該設置，主機控制器決定是否主機控制器發送與SCO連接句柄相關的完成分組事件的數量
Set Host Controller To Host Flow Control	0x0031	主機控制器的打開、關閉，主機控制器到主機的流量控制
Host Buffer Size	0x0033	主機通知主機控制器自己的ACL、SCO數據緩沖區大小。主機控制器分段傳輸數據，而數據不會超出這個范圍
Host Number Of Completed Packets	0x0035	當主機對于任何連接的句柄準備接受較多的HCI指令時，該指令用于通過主機指出主機控制器
Read Link Supervision Timeout	0x0036	讀取連接管理超時參數。主從藍牙設備用該參數監視鏈路丟失情況
Write Link Supervision Timeout	0x0037	寫入連接管理超時參數。主從藍牙設備用該參數監視鏈路丟失情況
Read Number of Supported IAC	0x0038	讀取查詢掃描期間本地藍牙掃描的查詢識別碼（ICA）的數值
Read Current IAC LAP	0x0039	讀取創建在查詢掃描期間本地藍牙設備正同時掃描的藍牙識別碼的LAP
Write Current IAC LAP	0x003A	寫入創建在查詢掃描期間本地藍牙設備正同時掃描的藍牙識別碼的LAP
Read Page Scan Period Mode	0x003B	讀取本地藍牙設備的強制尋呼掃描區間模式
Write Page Scan Period Mode	0x003C	寫入本地藍牙設備的強制尋呼掃描區間模式
Read Page Scan Mode	0x003D	讀取本地藍牙設備的默認尋呼掃描區間模式
Write Page Scan Mode	0x003E	寫入本地藍牙設備的默認尋呼掃描區間模式

（4）、信息指令參數

Read Local Version Information	0x0001	讀取本地藍牙版本信息
Read Local Supported Features	0x0003	讀取本地藍牙設備特征表
Read Local Extended Features	0x0004
Read Buffer Size	0x0005	返回HCI緩沖容量。緩沖容量用于傳輸緩沖數據
Read Country Code [Deprecated]	0x0007	讀取國家代碼狀態參數值
Read BD ADDR	0x0009	讀取BD_ADDR的參數值

（5）、狀態指令參數

Read Failed Contact Count	0x0001	讀取對于其他設備特殊連接的Failed Contact Count參數值。Failed Contact Count記錄在刷新時終止及當前正在傳輸的L2CAP數據指令被自動刷新后，主單元或從單元不能連續響應事件次數
Reset Failed Contact Count	0x0002	復位時對于其他設備的連接的Failed Contact Count的參數值。Failed Contact Count記錄在刷新時終止及當前正在傳輸的L2CAP數據指令被自動刷新后，主單元或從單元不能連續響應事件次數
Get Link Quality	0x0003	讀取指定連接句柄的Link Quality的值
Read rssI	0x0005	讀取對于其他藍牙設備連接句柄的接收信號強度指示
Read AFH Channel Map	0x0007
Read BD Clock	0x0009

（6）、測試指令

Read Loopback Mode	0x0001	讀取主機端控制器會送模式的設置值。回送模式設置可以確定信息發送路徑
Write Loopback Mode	0x0002	寫入主機控制器會送模式的設置值。回送模式設置可以確定信息發送路徑
Enable Device Under Test Mode	0x0003	允許本地藍牙設備模塊通過LMP測試指令接入測試模式。當主機要求本地設備作為待測試設備，實現藍牙測試模式文件中規定測試場景，則發送該指令

（7）、錯誤代碼

錯誤代碼	錯誤含義	錯誤代碼	錯誤含義
0x01	位置HCI指令	0x14	由于另一端引起連接中斷：資源限制
0x02	不能連接	0x15	由于另一端引起連接中斷：關機
0x03	硬件故障	0x16	本機中斷連接
0x04	尋呼超時	0x17	重復嘗試
0x05	身份驗證失敗	0x18	不允許匹配
0x06	鍵丟失	0x19	未知LMP PDU
0x07	存儲器已滿	0x1A	不支持遠端特性
0x08	連接超時	0x1B	拒絕SCO補償
0x09	最大連接數	0x1C	拒絕SCO間歇模式
0x0A	連接到設備A的最大SCO連接數	0x1D	拒絕SCO無線模式
0x0B	ACL連接已存在	0x1E	非法鏈路管理參數
0x0C	指令非法	0x1F	未特別指明錯誤
0x0D	由于資源有限，主機被拒絕	0x20	不支持鏈路管理器協議參數
0x0E	由于安全原因，主機被拒絕	0x21	不允許角色改變
0x0F	由于遠端設備單連接設備，主機拒絕	0x22	鏈路管理響應超時
0x10	主機超時	0x23	鏈路管理錯誤處理事務沖突
0x11	不支持特性或參數值	0x24	不允許LMP PDU
0x12	非法主機控制接口指令	0x25~0xFF	保留
0x13	由于另一端引起連接中斷：用戶中斷連接

二、邏輯鏈路控制與適配協議 L2CAPL2CAP位于基帶之上，將基帶的數據分組轉換為便于高層應用的數據分組格式，并提供協議復用和服務質量交換等功能。L2CAP只支持ACL數據傳輸，不支持SCO數據。L2CAP本身不提供加強信道可靠性和保證數據完整性的機制，其信道的可靠性依靠基帶提供。

1、協議復用：底層傳輸協議沒有提供對高層協議的復用機制，因而L2CAP支持高層協議復用，L2CAP層可以區分其上的SDP、RFCOMM、TCS等。

2、分段重組：L2CAP層幫助實現基帶的短PDU和高層的長PDU相互傳輸，L2CAP本身不完成任何PDU的分段重組，具體的分段重組有低層和高層來完成。

3、服務質量 Qualityof Serivce 信息的交換：藍牙建立連接的過程中，L2CAP允許交互藍牙所期望的服務質量，建立完成后，通過監視資源的使用情況，來保證服務質量。

4、組抽象：L2CAP忽略地址組概念，他只關心數據。

L2CAP信道有三種類型：

A、面向連接信道：Connection-OrientedCO，用于兩個設備之間的數據通信。

B、無連接信道：Connection-LessCL，用來向一組設備廣播方式傳輸數據。CID為固定值：0x0002。

C、信令信道：Signaling，用于創建CO通道，可以通過協商改變CO信道的特性。

CL信道的L2CAP_PDU

長度（2bytes）

信道ID（0x0002）

PSM(最小為2bytes)

有效載荷

PSM為協議/服務復用器Protocol/Service Multiplexer，一般為SDP、RFCOMM、TCS等中介協議復用。小于0x1000的值，0x0001對應SDP，0x0003對應RFCOMM、0x0005對應TCS。（1）、藍牙邏輯鏈路控制與適配協議信令：L2CAP的信令通道的CID為0x0001

信令指令分組：

長度（2byte）	CID(0x0001)	指令1	指令2	……………	指令n
L2CAP 分組頭部分

信令指令格式：

代碼（1byte）	標識符（1byte）	長度(2byte)	數據
信令指令頭

如上圖所示，一條L2CAP信令，1為L2CAP分組頭，2為信令指令頭，3為數據部分。

L2CAP:

Role:Master

Address:11

PDULength: 6 //指令的長度，值為06 00

ChannelID: 0x0001 (Signaling)//L2CAP的信令通道，值為01 00

Code:Information request//信息請求，值為0a

Identifier:1//標識符，值為01

CommandLength: 2//命令長度，值為02 00

InfoType:Extended features supported//02 00

所以這條指令完整的為：

06 00 01 00 0a 01 02 00 02 00

信令的其他操作如下：

L2CAP信令指令碼：

Code	Description
0x00	RESERVED	保留
0x01	Command reject	拒絕命令
0x02	Connection request	連接請求
0x03	Connection response	連接響應
0x04	Configure request	配置請求
0x05	Configure response	配置響應
0x06	Disconnection request	斷開請求
0x07	Disconnection response	斷開響應
0x08	Echo request
0x09	Echo response
0x0A	Information request	信息請求
0x0B	Information response	信息響應

1）、連接請求Connection_Request Code=0x02

代碼（0x02）

標識符（1字節）

長度（2字節）

PSM（2字節）

源CID（2字節）

例如：SDP 連接請求

如上紅框所示：

代碼（0x02）	標識符（1字節）	長度（2字節）	PSM（2字節）	源CID（2字節）
0x02	3	4	SDP	0x0040

2）、連接相應Connection_Response Code=0x03

代碼（0x03）

標識符

長度

目標CID

源CID

結果

狀態

例如：SDP請求響應

如上面紅框所示：

代碼（0x03）	標識符	長度	目標CID	源CID	結果	狀態
0x03	3	8	0x0040	0x0040	0x0000

（2）、MTU MAXIMUMTRANSMISSION UNIT最大傳輸單元

MTU最大傳輸單元，L2CAP應用必須支持最小為48字節的MTU，默認值為672

（3）、QoS 服務質量

三、服務發現協議 SDP

SDP兩種服務發現模式：1）、服務搜索：查詢具有特定服務屬性的服務；2）、服務瀏覽：簡單的瀏覽全部可用服務。（1）、PDU 格式：（協議數據單元）

PDU ID（1byte）	Transaction ID（2byte）	參數長度（2byte）	參數1	……	參數N
Header

不同PDU ID實現SDP的不同功能，概述如下表格：

Value	Parameter Descirption
0x00	Reserved	保留
0x01	SDP_ErrorResponse	錯誤響應
0x02	SDP_ServiceSearchRequest	服務搜索請求
0x03	SDP_ServiceSearchResponse	服務搜索響應
0x04	SDP_ServiceAttributeRequest	服務屬性請求
0x05	SDP_ServiceAttributeResponse	服務屬性響應
0x06	SDP_ServiceSearchAttributeRequest	服務搜索屬性請求
0x07	SDP_ServiceSearchAttributeResponse	服務搜索屬性響應
0x08-0xff	Reserved	保留

（2）、服務記錄表SDP的服務記錄表對每一個服務進行描述，每條記錄包含服務句柄、一組服務屬性：

Service Record Attributes：服務記錄；Service Record Handle 服務句柄；Attribute 服務屬性；

四、串口仿真協議 RFCOMM

為建立在串口之上的傳統應用提供環境接口，使他們可以做比較少協議改動就可以在藍牙無線通信無線鏈路上工作。多路串口仿真是RFCOMM的重要功能，通過多路復用器(multiplexer)，一條L2CAP鏈路可以同時多個串行應用。兩臺設備間的串口仿真:

RFCOMM 兩個藍牙設備之間可以支持多達60多路仿真串口。

RFCOMM幀類型如下：

SABM	異步平衡模式設置指令
UA	未加編號的確認響應
DM	斷開連接模式響應
DISC	斷開連接指令
UIH	帶頭校驗的未編號信息命令和響應