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Bluetooth Spec【0】蓝牙核心架构

news 2025/6/22 20:25:36

蓝牙核心系统由一个主机、一个主控制器和零个或多个辅助控制器组成
蓝牙BR/ EDR核心系统的最小实现包括了由蓝牙规范定义的四个最低层和相关协议，以及一个公共服务层协议；服务发现协议（SDP）和总体配置文件要求在通用访问配置文件（GAP）中指定。BR/EDR核心系统包括对备用MAC/PHYs（AMPs）的支持，包括一个AMP管理器协议和支持外部引用的MAP/PHYs的协议适配层（PALs）。
蓝牙LE核心系统的最小实现涵盖了由蓝牙规范定义的四底层和相关协议以及两个公共服务层协议；安全管理器（SM）和属性协议（ATT）以及总体配置文件要求在通用属性配置文件（GATT）和GAT配置文件（GAP）中指定。结合蓝牙BR/EDR和LE的实现包括上面描述的两个最小实现。
一个完整的蓝牙应用程序需要许多额外的服务和更高级层次的协议，这些协议在蓝牙规范中定义，但这里没有描述。核心系统架构如图2.1所示。

链路管理（Link Manager），链路控制（Link Controller），经典蓝牙无线射频模块（BR/EDR Radio blocks）构成了经典蓝牙控制器（BR/EDR Controller）。
（AMP PAL），（AMP MAC），（AMP PHY）构成了（AMP Controller）。
链路管理（Link Manager），链路控制（Link Controller），低功耗射频模块（LE Radio）构成了低功耗控制器（LE Controller）。
L2CAP, SDP and GAP 模块构成了BR/EDR主机。
L2CAP, SMP, ATT(Attribute protocol), GAP and GAP(Generic Attribute Profile)/ (GATT) 模块构成了LE主机。

2.1.1 Host architectural blocks

2.1.1.1 Channel manager

通道管理器负责创建、管理和关闭用于传输服务协议和应用程序数据流的L2CAP通道。通道管理器使用L2CAP协议与远程（对等）设备上的通道管理器进行交互，以创建这些L2CAP通道，并将其端点连接到适当的实体。通道管理器与其本地链路管理器或AMP PAL进行交互，以创建新的逻辑链路（如有必要），并配置这些链路，以为正在传输的数据类型提供所需的服务质量。

2.1.1.2 L2CAP resource manager

L2CAP资源管理器块负责管理向基带提交PDU（协议数据单元）片段的顺序以及通道之间的一些相对调度，以确保具有QoS承诺的L2CAP通道不会由于控制器资源耗尽而被拒绝对物理通道的访问。这是必需的，因为架构模型并不假定一个控制器具有无限的缓冲空间，或者假设HCI是一个具有无限带宽的管道。

L2CAP资源管理器还可以执行流量一致性监管，以确保应用程序在其协商的QoS设置的范围内提交L2CAPsdu。一般的蓝牙数据传输模型假定行为良好的应用程序，并没有定义期望实现如何处理这个问题。

2.1.1.3 Security Manager Protocol

安全管理器协议（SMP）是用于生成加密密钥和身份密钥的点对点协议。该协议在一个专用的固定的L2CAP通道上运行。SMP块还管理加密密钥和身份密钥的存储，并负责生成随机地址，并将随机地址解析为已知的设备身份。SMP块直接与控制器进行接口，以提供在加密或配对过程中用于加密和身份验证的存储密钥。此块仅在LE系统中使用。BR/EDR系统中的类似功能也包含在控制器中的链接管理器块中。SMP功能在LE系统上的主机中，以降低仅LE控制器的实现成本。

2.1.1.4 Attribute Protocol

属性协议（ATT）块实现了属性服务器和属性客户端之间的点对点协议。ATT客户端通过专用的固定L2CAP通道与远程设备上的ATT服务器进行通信。ATT客户端向ATT服务器发送命令、请求和确认。ATT服务器发送响应、通知和向客户指示。这些ATT客户端命令和请求提供了一种在具有ATT服务器的对等设备上读取和写属性值的方法。

2.1.1.5 AMP Manager protocol

AMP管理器是使用L2CAP与远程设备上的对等AMP管理器进行通信的一个层。它还直接与AMP PAL接口，用于AMP控制的目的。AMP经理负责发现远程AMP)并确定其可用性。它还收集有关远程AMP)的信息。此信息用于设置和管理AMP物理链接。AMP管理器使用一个专用的L2CAP信令通道与远程AMP管理器(s)通信。

2.1.1.6 Generic Attribute Profile

通用属性配置文件（GATT）块表示属性服务器的功能，以及可选择的属性客户端的功能。该配置文件描述了在属性服务器中使用的服务、特征和属性的层次结构。该块提供了用于发现、读取、写入和指示服务特性和属性的接口。GATT用于LE设备上的LE配置文件服务发现。

2.1.1.7 Generic Access Profile

通用访问配置文件（GAP）块表示所有蓝牙设备通用的基本功能，如传输、协议和应用程序配置文件所使用的模式和访问过程。GAP服务包括设备发现、连接模式、安全性、认证、关联模型和服务发现。

2.1.2 BR/EDR/LE Controller architectural blocks

2.1.2.1 Device manager

设备管理器是基带中用来控制蓝牙设备的一般行为的功能块。它负责蓝牙系统中与数据传输没有直接关系的所有操作，如查询附近是否存在的蓝牙设备，连接到蓝牙设备，或使本地蓝牙设备可被其他设备发现或连接。

设备管理器请求从基带资源控制器访问传输介质，以执行其功能。设备管理器还控制由许多HCI命令所暗示的本地设备行为，例如管理设备本地名称、任何存储的链接键和其他功能。

2.1.2.2 Link manager

链接管理器负责创建、修改和发布逻辑链接（如果需要，还有它们相关的逻辑传输），以及更新与设备之间的物理链接相关的参数。链路管理器通过使用BR/EDR中的链路管理器协议（LMP）和LE中的链路层协议（LL）与远程蓝牙设备中的链路管理器进行通信来实现这一点。

LM或LL协议允许在需要时创建新的逻辑链路和逻辑传输，以及链路和传输属性的一般控制，如逻辑传输启用加密，适应物理链路的传输功率，或调整逻辑链路BR/EDR中的QoS设置。

2.1.2.3 Baseband resource manager

基带资源管理器负责对无线电媒体的所有访问。它有两个主要功能。它的核心是一个调度器，它将物理通道上的时间授予所有已经协商了访问合同的实体。另一个主要功能是与这些实体协商访问合同。访问合同实际上是一种对提供为用户应用程序提供预期性能所需的特定QoS的承诺。

访问合同和调度函数必须考虑到需要使用主控制器的任何行为。这包括（例如）通过逻辑链路和逻辑传输的连接设备之间的正常交换数据，以及使用无线电介质进行查询、进行连接、可发现或可连接，或在使用自适应跳频模式期间从未使用的载波中获取读数。

在BR/EDR系统中的某些情况下，逻辑链路的调度会导致将逻辑链路更改为与以前使用的物理通道不同的物理信道。这可能是（例如）由于参与散点网，一个定期查询功能，或页面扫描。当物理通道没有与时间槽对齐时，资源管理器还会考虑原始物理通道上的插槽和新物理通道上的插槽之间的重新排列时间。在某些情况下，由于两个物理通道被用作相同的设备时钟，插槽将自然对齐。

2.1.2.4 Link Controller

链路控制器负责对数据有效负载和与物理通道、逻辑传输和逻辑链路相关的参数对蓝牙数据包进行编码和解码。链路控制器执行BR/EDR中的链路控制协议信令和LE中的链路层协议（与资源管理器的调度功能紧密结合），用于通信流控制和确认和重传请求信号。对这些信号的解释是与基带数据包相关联的逻辑传输的一个特征。链路控制信令的解释和控制通常与资源管理器的调度器相关联。

2.1.2.5 PHY

PHY块负责传输和接收物理信道上的信息包。基带和PHY块之间的控制路径允许基带块控制PHY块的定时和频率载波。PHY块将数据流从物理通道和基带转换为所需的格式。

2.1.2.6 Isochronous Adaptation Layer

等时自适应层（ISOAL）使上层能够以灵活的方式向链路层发送或接收等时数据，使得上层中的数据包的大小和间隔可以与链路层中的数据包的大小和间隔不同。ISOAL使用碎片/重组或分割/重组操作将上层数据单元转换为底层数据单元（或相反）。

2.1.3 AMP Controller architectural blocks

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