ESPC3入门16低功耗蓝牙广播

一、蓝牙协议栈

本文聚集于蓝牙广播，对蓝牙的整体协议栈并不做太多介绍。

1.协议栈图示

在这里插入图片描述

这里重点介绍一下LinkLayer。LinkLayer是蓝牙协议栈的第二层，它负责处理蓝牙设备之间的连接和通信。LinkLayer包括两个子层：LL层和LM层，其中：-LL层负责处理链路管理和数据包传输-LM层负责处理链路控制和链路维护。

在LL层中，蓝牙广播数据被封装在广播数据包中，并通过广播信道发送到周围的蓝牙设备。

2.广播

在蓝牙低功耗应用中，广播是一个重要的技术，可以用于实现设备发现、连接维护、位置服务等应用场景。

3.GAP

GAP（GenericAccessProfile）是蓝牙协议栈中的一个重要协议，它定义了蓝牙设备的访问模式和行为。GAP协议为蓝牙设备提供了一个标准化的接口，使得不同的蓝牙设备可以互相识别和交互。其中，广播是GAP协议的一个功能，用于在蓝牙设备之间传输短数据。

在蓝牙低功耗（BLE）应用中，GAP协议和广播密切相关。GAP协议定义了广播的格式、参数和过程，使得不同设备可以互相识别和交互。在广播过程中，主机设备可以通过GAP接口发送广播包，从机设备可以通过GAP接口接收广播包，实现设备之间的互动。广播还可以用于设备发现、连接维护、位置服务等应用场景。

4.PHY

PHY代表物理层（PhysicalLayer），它是蓝牙技术中的一层协议，主要功能包括传输媒介的选取、传输信道的调制和解调、数据的编码和解码、差错检测和纠正等。

在蓝牙技术中，有多种不同的PHY，包括1Mbps的经典蓝牙PHY，2Mbps和CodedS8的LEPHY，用于不同的应用场景和需求。

5.CodedPHY

CodedPHY是BLE（蓝牙低功耗）协议定义的一种物理层技术。与传统的1Mbps和2MbpsPHY相比，CodedPHY的传输速率较慢，通常在kbps或kbps左右，但可以提供更远的传输距离和更好的抗干扰性能。因此，CodedPHY常用于物联网等需要远距离传输和低功耗的应用场景。

在ESP32系列芯片中，只有支持BLE5.0的芯片才能支持CodedPHY，IDF版本要4.1及以上。

6.ESP32内部结构示意图

在这里插入图片描述

二、蓝牙广播

1.BLE信道

低功耗蓝牙（BLE）使用2.4GHz频段，频段范围为MHz至MHz。BLE的频段范围与Wi-Fi和蓝牙2.0相同，但BLE使用的频道不同，所以它们不会发生冲突。

BLE使用40个频道，每个频道之间的带宽为2MHz。

各信道划分如下：

在这里插入图片描述

其中：37、38、39是广播信道，其它是数据信道。

2.广播数据包格式

一个广播数据包最长为37个字节，前6个字节为设备地址，后面是数据区，数据区最大31个字节，又分为若干个ADSturctu。数据区没用完的话，系统会在后面补0。

在这里插入图片描述

3.ADStructu格式

每个ADStuctu由长度、类型、内容三个部分组成，长度指的是类型+内容字节数。

4.ADStuctu类型定义

一些BLE广播类型定义值如下：

0x00：广播标志0x01：不完整的16位服务UUID列表0x02：完整的16位服务UUID列表0x03：不完整的32位服务UUID列表0x04：完整的32位服务UUID列表0x05：不完整的位服务UUID列表0x06：完整的位服务UUID列表0x07：本地名称0x08：TX功率级别0x09：蓝牙名称0x0A：简单配对的HashC0x0B：简单配对的随机数R0x0C：设备ID0x0D：服务数据0x0E：制造商特定数据0x0F：广播间隔

5.广播数据解析示例

使用一般的安卓端蓝牙调试工具就可以看到针对广播包的解析，下面是一个实例：

在这里插入图片描述

部分内容解析如下：-0x01：设备标识-0x09：完整蓝牙名称(UTF-8编码)-0x02：16BitUUID-0x0a：蓝牙信号发射功率（上面示例无此数据）-0xFF：厂商自定义数据

6.广播器和扫描器

BLE通过GAP协议来实现设备之间的互通，其中定义了两种基本的设备类型：-广播器（Broadcaster）-扫描器（Scanner）

广播器发送广播包，扫描器接收广播包。基于GAP，BLE还定义了三种设备角色：中央（Central）、外围（Peripheral）和观察者（Observer），分别用于实现不同的通信模式。

在GAP中，广播包包含设备的基本信息，如设备名称、设备类型、设备服务等，同时还包含了一些标志位，用于标识设备是否可以被扫描或连接。具体来说，广播包中的Flags字段用于标识设备是否支持连接：

如果Flags字段中包含LELimitedDiscoverableMode标志，则表示设备可以被扫描，但不可以被连接；如果Flags字段中包含LEGeneralDiscoverableMode标志，则表示设备可以被扫描和连接。

三、ESPIDF的广播demo

在ESP32IDF中BLE广播示例程序multi_adv_demo里，演示了同时广播多种不同类型的广播，其中：

1.1Mphyextendadv

使用1Mbps的PHY速率，可连接广播。

2.2Mphyextendadv

使用2MBps的PHY高速广播，可扫描。

3.1Mphylegacyadv,ADV_IND

1M高速广播，

4.codedphyextendadv

codedphy广播，可连接。

四、源码分析

原来的demo提供了四种类型广播，本文主要介绍其中的1MBpsPHY部分的代码。

1.参数设置

首先需要定义发送广播需要的几个参数：

定义6个字节的