Bluetooth技术学习笔记 ——蓝牙核心系统架构

参考：蓝牙协议 core_v5.0

PALs：Protocol Adaptation Layers ，协议适配层。
AMPs：Alternate MAC/PHYs。
L2CAP：Logical Link Control and Adaptation protocol ，逻辑链路控制与适配协议。
HCI：Host Controller Interface，主机控制器接口。

1. 蓝牙核心系统架构

蓝牙核心系统由主机、主控制器，零个或多个辅控制器组成。
蓝牙核心系统架构如下图所示：

2. 最小配置

（1）BR/EDR核心系统的最小配置包括：

四个底层：BR/EDR射频物理层（PHY）、链路控制器（LC）、基带资源管理器、链路管理器。
Service Discovery Protocol ：服务发现协议
Generic Access Profile：通用访问规范
若BR/EDR支持AMPs，则配置中需包括：AMPs和协议适配层 (PALs)。

（2）LE核心系统的最小配置包括：

四个底层：BR/EDR射频物理层（PHY）、链路控制器（LC）、基带资源管理器、链路管理器。
Security Manage：安全管理
Attribute Protocol ：属性协议
Generic Attribute Profile：通用属性规范
Generic Access Profile：通用访问规范

3. 主机(Host)架构模块

（1）Channel Manager：信道管理器，主要负责创建、管理和关闭用于传输服务协议和应用层数据流的L2CAP信道。

信道管理器利用L2CAP协议与远程（对端）终端上的信道管理器进行交互，以创建L2CAP信道。
信道管理器与本地链路管理器或AMP PAL进行交互，以创建新的逻辑链路和配置这些链路，从而为传输数据提供所需的服务质量。

（2）L2CAP Resource Manager：L2CAP资源管理器。

主要负责管理传递给基带PDU片段的有序性和信道之间的调度，以确保具有QoS承诺的L2CAP通道不会因为控制器资源耗尽而被拒绝访问物理通道。
还可能执行流量一致性政策，以保证提交的L2CAP SDU在协商的QoS范围内。

（3）Security Manager Protocol：安全管理协议，端对端协议。

生成加密秘钥和身份标识秘钥，并存储。
使用专有的固有的L2CAP信道。
生成随机地址，并将随机地址解析为已知设备标识。
直接与控制器交互，在加密和配对过程中提供加密和鉴权的秘钥。

（4）Attribute Protocol：属性协议，端对端协议，服务器和客户端之间的协议。

ATT客户端通过专用的固定L2CAP通道与远程设备上的ATT服务端通信。
ATT客户端向ATT服务端发送命令、请求和确认。
ATT服务端向客户端发送响应、通知和指示。
ATT客户端的命令和请求提供了在ATT服务端的对等设备上读、写属性值的方法。

（5）Generic Attribute Profile：通用属性规范，描述属性服务器的功能，选择性地描述属性客户端的功能。

描述了服务层次、特点，以及属性服务器的属性。
提供发现、读、写以及服务特点和属性的接口。

（6）AMP Manager Protocol，AMP管理协议。

使用专有的L2CAP信号信道与远程设备的AMP管理器进行通信。
直接与AMP PAL交互，以便于AMP控制。
发现远程AMP，并确定其有效性。
收集远程AMP信息，以便于建立和管理AMP物理链路。

（7）Generic Access Profile：通用访问规范，描述所有蓝牙设备的通用基本功能。

GAP服务包括：设备发现、连接模式、安全、鉴权、服务发现、关联模型。

4. BR/EDR/LE控制器架构模块（主控制器）

（1）Device Manager：设备管理器，用于控制蓝牙设备的行为，负责除数据传输外的所有蓝牙系统的操作，包括：

搜索附近的蓝牙设备、连接蓝牙设备、标记本地蓝牙设备为可发现的、可连接的等。
为了执行相应的功能，设备管理器需要访问基带资源管理器的传输媒介。
设备资源管理器通过一系列HCI命令控制本地设备的行为，如管理设备名字，存储链路秘钥等。

（2）Link Manager：链路管理器，负责创建、修改或释放逻辑链路，以及更新设备之间的相关物理链路参数。

链路管理器利用链路管理协议（LMP, ER/EDR）或链路层协议（LL，LE）与远程蓝牙设备的链路管理器通信。
LM、LL协议允许在设备之间创建新的逻辑链路和逻辑通道，控制逻辑链路和通道的属性，如使能链路安全、调整BR/EDR物理链路的发送功率、逻辑链路的QoS设置。

（3）Baseband Resource Manager：基带资源管理器，负责所有无线媒介的访问，它主要有两个功能：

时间调度器，负责给已协商约定的所有访问实体分配物理信道时间。
协商约定，与访问实体协商访问参数，以便于给用户程序提供一个确定的QoS质量。
时间调度和协商约定必须考虑到需要主控制器的所用行为，包括已连接设备在逻辑链路和逻辑通道上的所有数据交互，执行查询、连接、可被发现、可连接、可读等的无线媒介使用情况。

（4）Link Controller：链路控制器。

编解码蓝牙数据包。蓝牙数据包为物理信道、逻辑传输和逻辑链路的相关数据负载和参数。
携带链路控制协议信令（ BR/EDR）或链路层协议（LE），包括流控、确认、重传请求信令。

（5）PHY：物理层，负责物理信道上数据的发送和接收。

5. AMP控制器架构模块（辅控制器）

（1）AMP HCI：AMP主机控制器接口，AMP控制器与主机之间的逻辑接口。

支持AMPs需要额外的与AMP物理信号和逻辑信道管理、QoS、流控相关的HCI命令和事件。
一个AMP控制器对应一个HCI逻辑实体，一个BR/EDR控制器对应一个HCI逻辑实体。当多个控制器在同一个物理单元时，一个物理HCI传输层管理多个复用在同一物理传输线上的控制器。

（2）AMP PAL：AMP协议适应层，AMP MAC与Host之间的接口。

将Host命令或事件转化成MAC服务命令或事件，将MAC服务命令或事件转化为host能明白的命令和事件。
支持AMP信道管理、基于特定流控模板的数据流量管理、电源效率管理等。

（3）AMP MAC：AMP MAC层。
（4）AMP PHY：AMP物理层。