藍牙是一種短距的無線通訊技術，可實作固定裝置、移動裝置之間的資料交換。一般将藍牙3.0之前的BR/EDR藍牙稱為傳統藍牙，而将藍牙4.0規範下的LE藍牙稱為低功耗藍牙。
很多人對藍牙的認識還很局限于手機領域，其實藍牙的應用已經遠遠不止于此。過去幾年裡，藍牙的增長量就達到了80%，當然，低功耗藍牙的出現也起到關鍵的作用，相信未來藍牙會開創一個可互動的物聯世界。
藍牙4.0标準包括傳統藍牙子產品部分和低功耗藍牙子產品部分，是一個雙模标準。低功耗藍牙也是建立在傳統藍牙基礎之上發展起來的，并差別于傳統子產品，最大的特點就是成本和功耗降低，應用于實時性要求比較高。
BLE（Bluetooh Low Energy）藍牙低能耗技術是短距離、低成本、可互操作性的無線技術，它利用許多智能手段最大限度地降低功耗。
BLE技術的工作模式非常适合用于從微型無線傳感器（每半秒交換一次資料）或使用完全異步通信的遙控器等其它外設傳送資料。這些裝置發送的資料量非常少（通常幾個位元組），而且發送次數也很少（例如每秒幾次到每分鐘一次，甚至更少）。
1、協定有兩個部分組成：Controller和Host
2、Profiles和應用總是基于GAP和GATT之上
3、在單晶片方案中，Controller和Host，profiles，和應用層都在同一片晶片中
4、在網絡控制器模式中，Host和Controller是在一起運作的，但是應用和profiles在另外一個器件上，比如PC或者其他微控制器，可以通過UART，USB進行操作
5、在雙晶片模式中，Controller運作在一個控制器，而應用層，profiles和Host是運作在另外一個控制器上
如上圖所述，要實作一個BLE應用，首先需要一個支援BLE射頻的晶片，然後還需要提供一個與此晶片配套的BLE協定棧，最後在協定棧上開發自己的應用。可以看出BLE協定棧是連接配接晶片和應用的橋梁，是實作整個BLE應用的關鍵。那BLE協定棧具體包含哪些功能呢？簡單來說，BLE協定棧主要用來對你的應用資料進行層層封包，以生成一個滿足BLE協定的空中資料包，也就是說，把應用資料包裹在一系列的幀頭（header）和幀尾（tail）中。具體來說，BLE協定棧主要由如下幾部分組成：
PHY層（Physical layer實體層）。
PHY層用來指定BLE所用的無線頻段，調制解調方式和方法等。PHY層做得好不好，直接決定整個BLE晶片的功耗，靈敏度以及selectivity等射頻名額。
LL層（Link Layer鍊路層）。
LL層是整個BLE協定棧的核心，也是BLE協定棧的難點和重點。像Nordic的BLE協定棧能同時支援20個link（連接配接），就是LL層的功勞。LL層要做的事情非常多，比如具體選擇哪個射頻通道進行通信，怎麼識别空中資料包，具體在哪個時間點把資料包發送出去，怎麼保證資料的完整性，ACK如何接收，如何進行重傳，以及如何對鍊路進行管理和控制等等。LL層隻負責把資料發出去或者收回來，對資料進行怎樣的解析則交給上面的GAP或者ATT。
HCI（Host controller interface）。
HCI是可選的，HCI主要用于2顆晶片實作BLE協定棧的場合，用來規範兩者之間的通信協定和通信指令等。
GAP層（Generic access profile）。
GAP是對LL層payload（有效資料包）如何進行解析的兩種方式中的一種，而且是最簡單的那一種。GAP簡單的對LL payload進行一些規範和定義，是以GAP能實作的功能極其有限。GAP目前主要用來進行廣播，掃描和發起連接配接等。
L2CAP層（Logic link control and adaptation protocol）。
L2CAP對LL進行了一次簡單封裝，LL隻關心傳輸的資料本身，L2CAP就要區分是加密通道還是普通通道，同時還要對連接配接間隔進行管理。
SMP（Secure manager protocol）。
SMP用來管理BLE連接配接的加密和安全的，如何保證連接配接的安全性，同時不影響使用者的體驗，這些都是SMP要考慮的工作。
ATT（Attribute protocol）。
簡單來說，ATT層用來定義使用者指令及指令操作的資料，比如讀取某個資料或者寫某個資料。BLE協定棧中，開發者接觸最多的就是ATT。BLE引入了attribute概念，用來描述一條一條的資料。Attribute除了定義資料，同時定義該資料可以使用的ATT指令，是以這一層被稱為ATT層。
GATT（Generic attribute profile ）。
GATT用來規範attribute中的資料内容，并運用group（分組）的概念對attribute進行分類管理。沒有GATT，BLE協定棧也能跑，但互聯互通就會出問題，也正是因為有了GATT和各種各樣的應用profile，BLE擺脫了ZigBee等無線協定的相容性困境，成了出貨量最大的2.4G無線通信産品。
移動擴充裝置
汽車電子裝置
健康醫療用品：心跳帶、血壓計等
定位應用：室内定位、井下定位等
近距離資料采集：無線抄表、無線遙測等
資料傳輸：智能家房間内控制、藍牙調光、列印機等
所謂協定，即将指定的位元組按照一定的順序排列起來，以便他人使用自己的裝置時，能通過該協定同其他裝置進行通信。協定一特點，就是有固定的幀格式，通過該格式發送，接收者通過解讀幀格式，進而得到新息内容；
一般通信協定，一類通信是直接發生資料，當裝置接送到資料時，直接對資料進行解析，當接受到的資料合法時，即為有效資料，該類型的通信協定，主要用在有線通信協定中，比如Modbus，Can通常采用的即為該類型的通信方式。
另一類通信協定，則需要建立立連接配接，當雙方連接配接建立成功了方可通信，例如TCP、BLE；BLE協定在需要進行通信時，即需要向外發送廣播信号，告訴接收者，即将和它進行通信，接受者接收到廣播内容後，确認是與自己通信，于是向廣播者發送一響應資訊，這樣當廣播者和接受者都有了對方的身份資訊時，即表示雙方連接配接成功。
是以，在連接配接過程中，必定有相應的廣播幀格式。在BLE通信過程中，假設裝置A需要連其他裝置假設為B，則A需要不斷地發送廣播信号（此過程一般有一個時間間隔，在沒發送廣播資料時間内，晶片處于低功耗狀态），每發送一次廣播包，稱之為一次廣播事件。
前導：
是一個8比特的交替序列
接入位址的第一個比特為0：01010101
接入位址的第一個比特為1：10101010
接入位址：廣播幀為固定位址：0x8E89BED6（低位元組在前）
廣播封包的報頭：
包含4bit廣播封包類型、2bit保留位、1bit發送位址類型和1bit接收位址類型。
廣播封包類型:
發送位址類型：
0： 公共位址
1：随機位址
長度：廣播封包的長度域包含8個比特，有效值的範圍是6~37
資料： 廣播者位址(6個位元組)+廣播資料（31個位元組）
校驗： 3個位元組，為CRC校驗。
廣播資料： 分為有效資料和無效資料
有效資料部分：
包含N個AD Structure，每個AD Structure由Length，AD Type和AD Data組成。其中：
Length： AD Type和AD Data的長度。
AD Type： 訓示AD Data資料的含義。
詳見https://www.bluetooth.com/specifications/assigned-numbers/generic-access-profile/
注：圖中M代表手機，S代表裝置B，M->S表示手機将資料包發給裝置B，即手機開啟Tx視窗，裝置B開啟Rx視窗；S->M正好相反，表示裝置B将資料包發給手機，即裝置B開啟Tx視窗，手機開啟Rx視窗。
如圖所示，手機在收到A1廣播包ADV_IND後，以此為初始錨點（這個錨點不是連接配接的錨點），T_IFS時間後給Advertiser發送一個connection request指令，即A2資料包，告訴advertiser我将要過來連你，請做好準備。Advertiser根據connect_req指令資訊做好接收準備，connect_req包含如下關鍵資訊：
Transmit window offset，定義如上圖示
Transmit window size，定義如上圖所示
connect_req資料包完整定義如下所示
connect_req其實是在告訴advertiser，手機将在Transmit Window期間發送第一個同步包（P1）給你，請在這段時間裡把你的射頻接收視窗打開。裝置B收到P1後，T_IFS時間後将給手機回複資料包P2（ACK包）。
一旦手機收到資料包P2，連接配接即可認為建立成功。當然，實際情況會比較複雜，手機有可能收不到P2，這個時候手機将持續發送同步包直到逾時時間（supervision timeout）到，在此期間隻要裝置B回過一次ACK包，連接配接即算成功。是以一旦P1包發出，主機（手機）即認為連接配接成功，而不管有沒有收到裝置的ACK包。
這也是為什麼在Android或者iOS系統中，應用經常收到連接配接成功的回調事件（該回調事件就是基于P1包有沒有發出，隻要P1包發出，手機即認為連接配接成功，而不管有沒有收到裝置的ACK包），但實際上手機和裝置并沒有成功建立連接配接。
後續手機将以P1為錨點（原點），Connection Interval為周期，周期性地給裝置B發送資料包（Packet），Packet除了充當資料傳送功能，它還有如下兩個非常重要的功能：
同步手機和裝置的時鐘，也就是說，裝置每收到手機發來的一個包，都會把自己的時序原點重新設定，以跟手機同步。
告訴裝置你現在可以傳資料給我了。連接配接成功後，BLE通信将變成主從模式，是以把連接配接發起者（手機）稱為Master或者Central，把被連接配接者（之前的Advertiser）稱為Slave或者Peripheral。
BLE通信之是以為主從模式，是因為Slave不能“随性”給Master發資訊，它隻有等到Master給它發了一個packet後，然後才能在規定的時間把自己的資料回傳給Master。
有如下幾種典型的連接配接失敗情況：
如步驟2圖所示，如果slave在transmit window期間沒有收到master發過來的P1，那麼連接配接将會失敗。此時應該排查master那邊的問題，看看master為什麼沒有在約定的時間把P1發出來。
如果master在transmit window期間把P1發出來了，也就是說master按照connect_req約定的時序把P1發出來了，但slave沒有把P2回過去或者沒有在逾時時間内把P2回過去，那麼連接配接也會失敗。此時應該排查slave這邊的問題，看一看slave為什麼沒有把P2回過去
如果master把P1發出來了，slave也把P2回過去了，此時主機或者從機還是報連接配接失敗，這種情況有可能是軟體有問題，需要仔細排查master或者slave的軟體。
還有一種比較常見的連接配接失敗情況：空中射頻幹擾太大。此時應該找一個幹淨的環境，比如屏蔽室，排除幹擾後再去測試連接配接是否正常。
封包的基礎是資料鍊路層的封包，其它封包都是從此展開的，BLE資料鍊路層資料格式如下：
在最新的core spec 5.2中，有1M PHY和2M的PHY，對應前導符變為1-2個位元組。前導符用于頻率同步、時序評估和自動增益控制訓練。前導符第一bit應該與接入位址的LSB相同。
字段解析：
封包類型（低 4 個 bit）： ADV_IND（0000） ——通用廣播 ADV_DIRECT_IND（0001） ——定向連接配接廣播 ADV_NONCONN_IND（0010） ——不可連接配接廣播 ADV_SCAN_IND（0110） ——可掃描廣播 SCAN_REQ（ 0011） ——主動掃描請求 SCAN_RSP（ 0100） ——主動掃描應答 CONNECT_REQ（ 0101） ——連接配接請求
發送位址（ TXADD）和接收位址（ RXADD）： 當此位為“1”時表示 Random Add（随機位址），當此位為“0”時表示 Public Add（公共位址）。 這個位址指的是資料淨荷中最初的幾個位址位元組。
淨荷長度： 這個長度是指在 PDU 中的資料除去報頭和長度之外的有效淨荷數 據長度。
廣播通道的 PDU 格式：
發送位址（ TXADD）和接收位址（ RXADD）： 當此位為“1”時表示 Random Add （随機位址），當此位為“0”時表示 Public Add（公共位址）。 這個位址指的是資料淨荷中最初的幾個位址位元組。
淨荷長度： 這個長度是指在 PDU 中的資料除去報頭和長度之外的有效淨荷資料長度。
資料通道的 PDU 格式：
字段釋義：
LLID：
表示此包資料是 LL Date PDU 還是 LL Control PDU
00b: Reserved 01b: LL Date PDU：Continuation fragment of L2CAP message， or an Empty PDU. 10b: LL Date PDU：Start of an L2CAP message or a complete L2CAP message with no fragmentation. 11b: LL Control PDU
MIC（ Message Integrity Check）：
資訊完整性檢測。涉及到加密操作，上圖中是用虛線表示的，并不是一定要有此項。
MD：
這個标志位是用來通知對方裝置自己還有其他資料準備發送。0 表示沒有更多資料發送， 1 表示有更多資料準備發送。這樣，隻要還有資料需要發送，連接配接事件會自動擴充。一旦不再有資料發送，連接配接事件立即關閉。
Note：如何區分是确定包、新包還是重發包？
SN：
隻有一個 bit 位，是以值是在 0 和 1 之間進行切換。如果序列号與之前的一樣，則為重傳封包，如果序列号和之間的不同，則為新封包。
NESN：
預期序列号，它是接收方希望接到的下一包的序列号，也就是資料包的确認标志。當裝置接收到序列（SN）為 0 的封包後，在發送給對方的資料包中，應将 NESN 設為 1，這樣對方接收到這個包後，會發送一個新的資料包過來，否則就會重發上一次序列号為 0 的包。這個标志可以用來判斷資料包是否被正确接收還是需要重傳。
（1） AD type
（2） AD data 簡述
Flags：
SERVICE：
Local Name：
TX Power Level：
本例以OSAL下BLE代碼為例做講解。
什麼是OSAL？
OSAL為：Operating System Abstraction Layer，即作業系統抽象層，支援多任務運作，它并不是一個傳統意義上的作業系統，但是實作了部分類似作業系統的功能。
OSAL概念是由TI公司在ZIGBEE協定棧引入，他的意思是”模拟作業系統”，此OS，并非一個真正的OS，而是模拟OS的一些方法為廣大程式設計者提供一種寫MCU程式的方法。當有一個事件發生的時候，OSAL負責将此事件配置設定給能夠處理此事件的任務，然後此任務判斷事件的類型，調用相應的事件處理程式進行處理。
實驗平台
1、藍牙協定棧：1.3.2 2、軟體平台：IAR For 8051 8.10.3 3、硬體平台：Smart RF開發闆（從機），Android_Lightblue（主機）
代碼解析
int main(void)
osal_init_system()
osalInitTasks()
GAPRole_Init( taskID++ )
SimpleBLEPeripheral_Init
SimpleBLEPeripheral_ProcessEvent
GAPRole_StartDevice
gapRole_SetupGAP
GAP_DeviceInit
當GAP_DeviceInit初始化完成後，将産生GAP_DEVICE_INIT_DONE_EVENT事件；
uint16 GAPRole_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events ) //鍊路處理事件
static void gapRole_ProcessOSALMsg( osal_event_hdr_t *pMsg ) //鍊路系統消息事件
gapRole_ProcessGAPMsg
stat=GAP_UpdateAdvertisingData( gapRole_TaskID,TRUE, gapRole_AdvertDataLen, gapRole_AdvertData );//更新廣播資料後，将産生GAP_ADV_DATA_UPDATE_DONE_EVENT事件；
執行廣播事件
處理GAP_MakeDiscoverable消息事件
這時候底層已經使能硬體在廣播了，要麼廣播逾時産生一個GAP_END_DISCOVERABLE_DONE_EVENT消息，要麼被連接配接事件 GAP_LINK_ESTABLISHED_EVENT；
廣播逾時産生一個GAP_END_DISCOVERABLE_DONE_EVENT消息
廣播時産生一個GAP_LINK_ESTABLISHED_EVENT消息