基于 BLE 5.1 協(xié)議 Core Spec。

BLE 在空中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，在 Spec 中稱之為 Air Interface packets，俗稱空口包。既然是數(shù)據(jù)包，就一定要遵循一定的數(shù)據(jù)格式，本章來分析空口數(shù)據(jù)包的最基本的組成格式。

早在 BLE 4.2 的時(shí)代，僅僅支持 1M 的 symbol rate，隨著藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，BLE 5.0 不僅僅支持了 1M PHY，同時(shí)引入了 2M PHY 和 Coded PHY（500kbps 和 125kbps）。這里分兩組：

• Uncoded PHY：1M、2M
• Coded PHY： 500kbps、125kbps

SIG 宣稱的 BLE 5.0 的 Rate X 2，指的就是引入了 2M PHY

Coded PHY 的數(shù)據(jù)傳送，又稱 Long Range，能夠支持更遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳送（稍后分析原因）

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1、Uncoded PHY 空口包格式

什么叫 Uncoded PHY 呢？指的就是傳送數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)據(jù)實(shí)打?qū)嵉?#xff0c;未經(jīng)過額外的編碼的。數(shù)據(jù)的格式如下所示：

? Preamble ----------------------------空口包的前導(dǎo)，PHY 層含義

? Access Address -------------------接入地址，用來標(biāo)示接收者ID或者空中包身份

? PDU -----------------------------------protocol data unit 協(xié)議數(shù)據(jù)單元

? CRC?----------------------------------- PDU 的 24 bits CRC 計(jì)算值，用于校驗(yàn)數(shù)據(jù)正確性

? Constant Tone Extension --------- CTE 可選項(xiàng)，BLE 5.1 引入，后面會(huì)解釋

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1.1、?Preamble

Preamble 指的是前導(dǎo)的意思，他是 BLE 數(shù)據(jù)傳送中，最先傳輸?shù)牟糠帧?/p>

Preamble 是 1010 的序列，到底是以 1010....開始呢，還是以 0101... 開始呢？這里主要是根據(jù) Access Address （AA）的 LSB 來決定，AA 的 LSB 是1，則前導(dǎo)是 1010...，否則是 0101...

前導(dǎo)根據(jù)不同的 PHY 分為兩類：

1M 的?Preamble

1M 的?Preamble 是 8 bits 的，當(dāng) AA 的 LSB 是 1 的時(shí)候 Preamble 是：

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當(dāng) AA 的 LSB 是 0 的時(shí)候 Preamble 是：

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2M 的?Preamble

2M 的?Preamble 是 16 bits 的

當(dāng) AA 的 LSB 是 1 的時(shí)候 Preamble 是：

當(dāng) AA 的 LSB 是 0 的時(shí)候 Preamble 是：

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1.2、Access Address

Access Address 成為接入地址（與設(shè)備的 48 bits 地址不一樣）。用來標(biāo)示接收者ID或者空中包身份

根據(jù) Access Address 的不同，又區(qū)分兩種 Packet 類型：廣播包和數(shù)據(jù)包：

• 廣播包Access Address?固定為0x8E89BED6，廣播包只能在廣播信道（channel）上傳輸，即只能在37/38/39信道上傳輸（注：從藍(lán)牙5.0開始廣播包可以在其它信道上傳輸）。廣播包發(fā)送給附近所有的observer（掃描者）。
• 數(shù)據(jù)包Access Address為一個(gè)32bit的隨機(jī)值，由Initiator生成。數(shù)據(jù)包，其實(shí)是數(shù)據(jù)信道上的空中包的簡稱，數(shù)據(jù)包只在數(shù)據(jù)信道上傳輸，即除37/38/39之外的其余37信道（BLE總共占用40個(gè)信道）。每建立一次連接，重新生成一次Access address。數(shù)據(jù)包是給連接通信使用的，即用于master和slave之間通信的。

AA 又稱同步字段，在 Connection 建立的時(shí)候，雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，如果未發(fā)現(xiàn) AA 或者錯(cuò)誤，則稱為 Sync Error。

AA 對于 Connection ，是隨機(jī)生成的 32 bits 數(shù)，但是要滿足一些關(guān)系：

? It shall not be the Access Address for any existing Link Layer connection on?this device.
? It shall not be the Access Address for any enabled periodic advertising train.
? It shall have no more than six consecutive zeros or ones.?
? It shall not be the advertising channel packets’ Access Address.
? It shall not be a sequence that differs from the advertising physical channel?packets’ Access Address by only one bit.
? It shall not have all four octets equal.
? It shall have no more than 24 transitions.?
? It shall have a minimum of two transitions in the most significant six bits.

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1.3、PDU

PDU（protocol data unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）是 BLE 數(shù)據(jù)傳送的基本單元，在不同的狀態(tài)下 PDU 的組成也不盡相同，后面會(huì)描述不同狀態(tài)下的 PDU 的組成，這里暫時(shí)先有一個(gè)概念即可：PDU 是數(shù)據(jù)組成的單元。

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1.4、?CRC

所有的數(shù)據(jù)傳送，都有數(shù)據(jù)正確性的校驗(yàn)，BLE 也一樣，BLE 使用了 24bits 的CRC 來進(jìn)行數(shù)據(jù)完整的說明。CRC 跟在 PDU 后， 計(jì)算包含 PDU 域的 CRC 24 的數(shù)據(jù)。

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1.5、?Constant Tone Extension

這個(gè)域是 BLE 5.1 新增的，最主要的功能是 AoA/AoD （藍(lán)牙定位）的應(yīng)用，是一個(gè)可選的數(shù)據(jù)項(xiàng)，后面再分析?AoA/AoD （藍(lán)牙定位）的時(shí)候，在詳細(xì)分析。

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2、Coded PHY 空口包格式

BLE 5.0 以后，便支持了 Long Range，支持 Long Range 的方式呢，主要是引入了 Coded PHY。Coded PHY 分為兩種：

500kbps

125kbps

所謂 Coded PHY呢，就是將數(shù)據(jù)傳送的時(shí)候，不光是 raw data，而是加上了一個(gè) FEC 向前糾錯(cuò)編碼，使得在降低傳送速率的前提下，對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼（FEC），達(dá)到數(shù)據(jù)低錯(cuò)的目的。

它的包格式為：

分為了兩種：

S=2? ? ? ?--------? ? ? 500kbps

S=8? ? ? ?--------? ? ? 125kbps

每個(gè)域的長度和時(shí)間：

說白了，就是以犧牲速度（低速）來換數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳送（通過 FEC 數(shù)據(jù)編碼）。有興趣的同學(xué)可以自行參考 Core Spec 5.1 中的 FEC 章節(jié)，看看這幾部分是如何計(jì)算的。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的BLE（3）—— 空口数据包组成的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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