ESP32-BLE基础知识

一、存储模式

两种存储模式：

• 大端存储：低地址存高字节，如将0x1234存成[0x12,0x34]。
• 小端存储：低地址存低字节，如将0x1234存成[0x34,0x12]。

一般来说，我们看到的一些字符串形式的数字都是大端存储形式：

• UUID：4A98-xxxx-1CC4-E7C1-C757-F1267DD021E8，其中0x4A是高位
• 设备地址：aa:bb:bb:dd:ee:ff，其中0xaa是高位

但是以上的写法只是方便人们看，存到机器里面还得是字节的形式，怎么存也得根据芯片和软件的规定来看。

• 在ESP32的sdk里面，UUID都是以小端模式的16个字节去存储的。
• 对于设备地址，在ESP-IDF的Bluedriod协议栈下，是以大端存储的，即[0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee,0xff]，
• 如果使用NimBLE协议栈，则得反过来，用小端存成[0xff,0xee,0xdd,0xcc,0xbb,0xaa]。

有关数据发送，ESP32的变量是小端存储的，假如要发送一个16位变量，即uint16_t data = 0x0001(就是订阅通知时要写到特征描述符里的数据)，实际上等同于发送了[0x01,0x00]两个字节。

有关数据接收，假如收到了一个4个字节的数据，存在buf数组里，要将它合成为一个为整形，可以逐个取出来进行运算合成；如果明确知道buf的低地址存的是低字节，而机器又是小端模式存储变量的，就也可以直接 int data = *(int *)buf，就是将字节指针转换成int类型的指针，然后取值。

二、BLE设备地址

BLE 设备地址长度为 6 字节，外加 1 个比特表示地址类型。

BLE 规范定义了若干种地址类型：

• 公共地址（地址类型为 0）：是从 IEEE 获得的全球唯一的48位地址，高24位与厂家有关，同一厂家的芯片设备地址的高24位是一样的。
• 随机地址（地址类型为 1）：包括静态设备地址（最高 2 个比特为 0b11）、 可解析私有地址（最高 2 个比特为 0b01）、不可解析私有地址（最高 2 个比特为 0b00）三种。其中静态地址每次上电后重新随机生成，整个上电周期内不发生改变；而私有地址则是用在安全方面的，是可选的。

在另外一个角度来说，用于识别设备身份的只有公共地址和随机静态地址两种，设备必须设置这两种中的一种来对外表明自己的身份。

• 乐鑫是有在IEEE注册的，因而可以使用公共地址。当然也可以不使用公共地址，通过调用SDK中的相关的API设置，就可以对外显示随机静态地址。
• 随机静态地址其实更加常见，因为一些厂商会觉得IEEE注册费用过高，此时便只能使用静态设备地址了。这也是随机静态地址提出来的目的，就是为了替代公共地址。

三、DLE、MTU、PDU等与数据长度有关的名词

PDU: 协议数据单元 （Protocol Data Unit）。由上图可见，数据包中的PDU在2-257字节之间，具体又分为LL Header、Payload和MIC三个部分。其中Payload最大为251字节，包含L2CAP Header、ATT Header 和 ATT Payload 三部分，而ATT Payload 才是我们真正发送的数据（ATT Data），最大为244字节。

DLE：数据长度扩展 (Data Length Extensions)。该功能在蓝牙核心规范 4.2 版本中引入，允许Payload容纳更多数据（最多 251 字节，默认为 27 字节）。即，在不开启DLE的情况下，一个数据帧的payload部分最多为27字节，除去两个Header共7个字节，有效数据仅有20个字节。而在开启DLE的情况下，单个数据包可以发送244个字节的有效数据。

MTU: 最大传输单元（Maximum Transmission Unit）。这是一个跟所使用协议栈有关的参数，描述的是一次 GATT 操作（例如，写、读等操作）中可以发送的数据量。由于MTU已经包含了ATT Header的3个字节，因而调用一次相关函数api时可以传入的有效数据量最大为（MTU-3）。当MTU的设置大于单个数据包最大长度时，协议栈就会分包发送。以下是几种情况。

• MTU默认为23，最多发送20字节有效数据，加上两个Header后为27字节，在不开启DLE情况下，刚好能够一个数据包就发送完。
• MTU设置大于23，加上Header后将大于27字节。如果不开启DLE，Payload最多为27字节，那么数据将被分割成27字节的块进行发送。
• MTU设置为247，最多发送244字节有效数据，加上两个Header后为251字节，如果开启DLE，刚好能够一次发完。247是开启DLE情况下单个数据包能够发送完整的最大MTU。
• MTU设置大于247，即便开启DLE也必然会分成多个数据包进行发送。

总的来说，MTU更多的是一个应用层编程时的概念，芯片厂商在根据自己芯片的性能和资源去订制协议栈时，一般会限定MTU的最大值，目前最大MTU一般在500到1000之间。至于单个数据包的最大长度则是由蓝牙规范严格规定的，开启DLE时最多为251字节，当需要发送的有效数据大于244（即MTU大于247）时，就会发生分包。因此，编程时需要合理选择MTU，以减少分包导致的资源浪费。

另外，由于主从机协议栈处理数据的能力不同，因而需要主从机对MTU进行协商。比如A协议栈的MTU设置为555，即调用一个write函数就可以最多发送552个字节的有效数据，然而接收端B协议栈的处理能力可能较弱，或者内存不足接收不了那么多数据，也就无法从接收到的多个数据包中提取出这552个字节。为此，刚连接时，主从机都必须使用23字节的默认MTU进行通信，之后双方进行协商，使用两者提出的MTU之中较小的MTU进行后续的通信。

以上部分图片来自Nordic。