ble廣播包詳解

1、WORD格式在使用 EN-Dongle 捕獲和解析播送包之前，我們先了解一下 BLE 報(bào)文的構(gòu)造，之后，再對(duì)捕獲的播送包進(jìn)展分析。在學(xué)習(xí) BLE 的時(shí)候，下面兩個(gè)文檔是極其重要的，這是 SIG 發(fā)布的藍(lán)牙的核心協(xié)議和核心協(xié)議增補(bǔ)。核心協(xié)議 Core_v4.2 。核心協(xié)議增補(bǔ)CSS v6。雖然這兩個(gè)文檔是藍(lán)牙技術(shù)的根本，但是遺憾的是：通過(guò)這兩個(gè)文檔學(xué)習(xí)藍(lán)牙并不是那么容易的，閱讀和理解起來(lái)很費(fèi)力。尤其是初學(xué)者在閱讀這兩個(gè)文檔的時(shí)候，感覺(jué)無(wú)從下口。所以，本文在分析報(bào)文的過(guò)程中，會(huì)明確指出協(xié)議文檔在什么地方定義了他們，讓我們有目的的去查閱協(xié)議文檔，做到知其然也知其所以然，這樣，學(xué)習(xí)起來(lái)就會(huì)輕松很多。1

2、. BLE 報(bào)文構(gòu)造BLE 報(bào)文構(gòu)造如下，他由以下列圖所示的各個(gè)域組成。因?yàn)橛械挠虻拈L(zhǎng)度超過(guò)了一個(gè)字節(jié)，所以在傳輸?shù)倪^(guò)程中就涉及到多字節(jié)域中哪個(gè)字節(jié)先傳輸?shù)膯?wèn)題，BLE 報(bào)文傳輸時(shí)的字節(jié)序和比特序如下：字節(jié)序：大多數(shù)多字節(jié)域是從低字節(jié)開(kāi)場(chǎng)傳輸?shù)?。注意，并不是所有的多字?jié)域都是從低字節(jié)開(kāi)場(chǎng)傳輸?shù)?。比特序：各個(gè)字節(jié)傳輸時(shí)，每個(gè)字節(jié)都是從低位開(kāi)場(chǎng)。專業(yè)資料整理WORD格式圖 1：BLE 報(bào)文構(gòu)造1.1 前導(dǎo)前導(dǎo)是一個(gè) 8 比特的交替序列。他不是01010101就是 10101010 ，取決于接入地址的第一個(gè)比特。假設(shè)接入地址的第一個(gè)比特為0： 01010101假設(shè)接入地址的第一個(gè)比特為1： 1010

3、1010接收機(jī)可以根據(jù)前導(dǎo)的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度來(lái)配置自動(dòng)增益控制。1.2 接入地址接入地址有兩種類型：播送接入地址和數(shù)據(jù)接入地址。播送接入地址：固定為 0x8E89BED6 ，在播送、掃描、發(fā)起連接時(shí)使用。數(shù)據(jù)接入地址： 隨機(jī)值 ，不同的連接有不同的值。在連接建立之后的兩個(gè)設(shè)備間使用。對(duì)于數(shù)據(jù)信道，數(shù)據(jù)接入地址是一個(gè)隨機(jī)值，但需要滿足下面幾點(diǎn)要求：1) 數(shù)據(jù)接入地址不能超過(guò) 6 個(gè)連續(xù)的“ 0或“ 1。2) 數(shù)據(jù)接入地址的值不能與播送接入地址一樣。3) 數(shù)據(jù)接入地址的 4 個(gè)字節(jié)的值必須互補(bǔ)一樣。4) 數(shù)據(jù)接入地址不能有超 24 次的比特翻轉(zhuǎn) (比特 0 到 1 或 1 到 0，稱為 1 次比特翻轉(zhuǎn)

4、 )。5) 數(shù)據(jù)接入地址的最后 6 個(gè)比特需要至少兩次的比特翻轉(zhuǎn)。6) 符合上面條件的有效隨機(jī)數(shù)據(jù)接入地址大概有231 個(gè)。專業(yè)資料整理WORD格式1.3 報(bào)頭專業(yè)資料整理WORD格式1.3.1播送報(bào)文報(bào)頭報(bào)頭的內(nèi)容取決于該報(bào)文是播送報(bào)文還是數(shù)據(jù)報(bào)文。播送報(bào)文的報(bào)頭如以下列圖所示：圖 2：播送報(bào)文報(bào)頭播送報(bào)文的報(bào)頭包含4bit 播送報(bào)文類型、 2bit 保存位、 1bit 發(fā)送地址類型和1bit 接收地址類型。1) 播送報(bào)文類型Core_v4.2 的 2583 頁(yè)描述了播送報(bào)文類型，共有 7 種類型，如以下列圖所示。專業(yè)資料整理WORD格式圖 3：播送報(bào)文類型每種播送報(bào)文類型都具有不同的數(shù)據(jù)格

5、式及行為。Core_v4.2 的 2584 頁(yè)的2.3.1 節(jié)詳細(xì)的描述了各個(gè)播送報(bào)文類型 ，大家可以閱讀此章節(jié)進(jìn)一步了解。2) 發(fā)送地址類型和接收地址類型發(fā)送地址類型和接收地址類型指示了設(shè)備使用公共地址(Public Address)還是隨機(jī)地址 (Random Address)。公共地址和隨機(jī)地址的長(zhǎng)度一樣，都包含6 個(gè)字節(jié)共 48 位。 BLE 設(shè)備至少要擁有這兩種地址類型中的一種，當(dāng)然也可以同時(shí)擁有這兩種地址類型。公共地址 (Public Address)公共地址由兩局部組成，如以下列圖。公共地址由制造商從IEEE 申請(qǐng)，由 IEEE 注冊(cè)機(jī)構(gòu)為該制造商分配的機(jī)構(gòu)唯一標(biāo)識(shí)符OUI(Or

6、ganizationally UniqueIdentifier)。這個(gè)地址是獨(dú)一無(wú)二，不能修改的。 Core_v4.2 P2576的1.3.1節(jié)描述了公共地址。圖 4：公共地址構(gòu)造隨機(jī)地址隨機(jī)地址有包含兩種：靜態(tài)地址Static Device Address和私有地址專業(yè)資料整理WORD格式 PrivateDevice Address。 Core_v4.2 P2577的節(jié)描述了靜態(tài)地址。專業(yè)資料整理WORD格式圖 5：靜態(tài)地址格式靜態(tài)地址有如下要求：a) 靜態(tài)地址的最高 2 位有效位必須是 1。b) 靜態(tài)地址最高2 位有效位之外的其余局部不能全為0。c) 靜態(tài)地址最高 2 位有效

7、位之外的其余局部不能全為 1。在私有地址的定義當(dāng)中，又包含了兩個(gè)子類：不可解析私有地址（ Non-resolvable Private Address和可解析私有地址 (Resolvable PrivateAddress ，RPA) 。 nRF51822 使用的是靜態(tài)地址，芯片在出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)置好了48位地址，我們可以從下面兩個(gè)存放器讀出地址類型和地址。a)DEVICEADDRTYPE 存放器。DEVICEADDRn 存放器：包含DEVICEADDR0 和 DEVICEADDR1兩個(gè)存放器。專業(yè)資料整理WORD格式圖 6：地址類型存放器圖 7：地址存放器1.4 長(zhǎng)度播送報(bào)文：長(zhǎng)度域包含6 個(gè)比特

8、，有效值的X圍是637 。數(shù)據(jù)報(bào)文：長(zhǎng)度域包含5 個(gè)比特，有效值的X圍是031 。播送報(bào)文和和數(shù)據(jù)報(bào)文的長(zhǎng)度域有所不同，主要原因是： 播送報(bào)文除了最多31個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)之外， 還必須要包含 6 個(gè)字節(jié)的播送設(shè)備地址。6+31=37，所以需要6 比特的長(zhǎng)度域。再次強(qiáng)調(diào)：播送時(shí)必須要包含 6 個(gè)字節(jié)的播送設(shè)備地址。1.5 數(shù)據(jù) (AdvData)播送和掃面響應(yīng)的數(shù)據(jù)格式如以下列圖所示，由有效數(shù)據(jù)局部和無(wú)效數(shù)據(jù)局部組成。專業(yè)資料整理WORD格式圖 8：播送和掃描響應(yīng)的數(shù)據(jù)格式1)有效數(shù)據(jù)局部： 包含 N 個(gè) AD Structure，每個(gè) AD Structure由 Length ，AD Type和

9、AD Data組成。其中：Length ： AD Type和 AD Data的長(zhǎng)度。AD Type ：指示 AD Data數(shù)據(jù)的含義。問(wèn)題來(lái)了， 我們?cè)趺粗烙心男〢D Type ？他們又表示什么意義？可以通過(guò)下面 2 種方式查看 AD Type和他們表示的意義。專業(yè)資料整理WORD格式從官網(wǎng)查詢，但是需要是會(huì)員才可以查詢。專業(yè)資料整理WORD格式s://Technical/AssignedNumbers/generic_access_profile.htm查看 Nordic的 SDK 中的定義， AD type的定義在程序的 “ ble_gap.h頭文件中。定義如下

10、：1 #define BLE_GAP_AD_TYPE_FLAGS0x01/*< Flags for discoverability. */2 #defineBLE_GAP_AD_TYPE_16BIT_SERVICE_UUID_MORE_AVAILABLE0x02 /*< Partiallist of 16 bit service UUIDs. */3 #defineBLE_GAP_AD_TYPE_16BIT_SERVICE_UUID_COMPLETE0x03/*<Completelist of 16 bit service UUIDs. */4 #defineBLE_GAP_

11、AD_TYPE_32BIT_SERVICE_UUID_MORE_AVAILABLE0x04 /*< Partiallist of 32 bit service UUIDs. */5 #defineBLE_GAP_AD_TYPE_32BIT_SERVICE_UUID_COMPLETE0x05/*<Completelist of 32 bit service UUIDs. */6 #defineBLE_GAP_AD_TYPE_128BIT_SERVICE_UUID_MORE_AVAILABLE 0x06 /*< Partiallist of 128 bit service UUI

12、Ds. */7 #defineBLE_GAP_AD_TYPE_128BIT_SERVICE_UUID_COMPLETE0x07/*<Completelist of 128 bit service UUIDs. */8 #defineBLE_GAP_AD_TYPE_SHORT_LOCAL_NAME0x08 /*< Shortlocal device name. */9 #defineBLE_GAP_AD_TYPE_COMPLETE_LOCAL_NAME0x09 /*< Complete local device name.*/ 10#define BLE_GAP_AD_TYPE

13、_TX_POWER_LEVEL0x0A專業(yè)資料整理WORD格式/*< Transmit power level. */11#define BLE_GAP_AD_TYPE_CLASS_OF_DEVICE0x0D /*< Class of device. */12#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SIMPLE_PAIRING_HASH_C0x0E /*< SimplePairing Hash C. */ 13#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SIMPLE_PAIRING_RANDOMIZER_R0x0F /*< Simple Pairing Rand

14、omizer R. */14#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SECURITY_MANAGER_TK_VALUE0x10/*< SecurityManager TK Value. */15#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SECURITY_MANAGER_OOB_FLAGS0x11/*< SecurityManager Out Of Band Flags. */16#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SLAVE_CONNECTION_INTERVAL_RANGE 0x12 /*< SlaveConnection Interval Range.

15、 */17#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SOLICITED_SERVICE_UUIDS_16BIT0x14 /*< List of16-bit Service Solicitation UUIDs. */18#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SOLICITED_SERVICE_UUIDS_128BIT0x15 /*< List of128-bit Service Solicitation UUIDs. */19#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SERVICE_DATA0x16 /*< ServiceData - 16-bit UUID.

16、 */20#define BLE_GAP_AD_TYPE_PUBLIC_TARGET_ADDRESS0x17 /*< Public Target Address. */21#defineBLE_GAP_AD_TYPE_RANDOM_TARGET_ADDRESS0x18 /*< RandomTarget Address. */22#defineBLE_GAP_AD_TYPE_APPEARANCE0x19 /*< Appearance. */23#defineBLE_GAP_AD_TYPE_ADVERTISING_INTERVAL0x1A /*< Advertising I

17、nterval. */24#defineBLE_GAP_AD_TYPE_LE_BLUETOOTH_DEVICE_ADDRESS0x1B /*< LEBluetooth Device Address. */25#defineBLE_GAP_AD_TYPE_LE_ROLE0x1C /*<LE Role. */ 26#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SIMPLE_PAIRING_HASH_C2560x1D /*< Simple Pairing Hash C-256. */27#define專業(yè)資料整理WORD格式BLE_GAP_AD_TYPE_SIMPLE_PAIRIN

18、G_RANDOMIZER_R2560x1E /*< SimplePairing Randomizer R-256. */28#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SERVICE_DATA_32BIT_UUID0x20 /*< ServiceData - 32-bit UUID. */29#defineBLE_GAP_AD_TYPE_SERVICE_DATA_128BIT_UUID0x21 /*< ServiceData - 128-bit UUID. */30#define BLE_GAP_AD_TYPE_3D_INFORMATION_DATA0x3D /*<

19、3D Information Data. */31#defineBLE_GAP_AD_TYPE_MANUFACTURER_SPECIFIC_DATA0xFF /*<Manufacturer Specific Data. */1.6 校驗(yàn)BLE 采用的是 24 位 CRC 校驗(yàn)。CRC 對(duì)報(bào)頭、長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)進(jìn)展計(jì)算。 24 位 CRC的生成多項(xiàng)式如下：專業(yè)資料整理WORD格式2.播送包解析通過(guò)上文的描述，我們對(duì)BLE 播送包有了大致的了解，接下來(lái)我們用EN-Dongle捕獲一個(gè)心率計(jì)的播送包，通過(guò)對(duì)實(shí)際播送包的分析來(lái)理解BLE 報(bào)文專業(yè)資料整理WORD格式構(gòu)造和播送。播送包捕獲實(shí)驗(yàn)的硬件連接

20、如下。專業(yè)資料整理WORD格式圖 9：硬件連接2.1 心率計(jì)程序下載2.1.1 下載協(xié)議棧SoftDevice必須使用 nRFgo Studio下載，翻開(kāi)nRFgo Studio，切換到“ Program SoftDevice選項(xiàng)卡。點(diǎn)擊 “ Browse按鈕翻開(kāi)SoftDevice的 HEX文件位于“BLE 實(shí)驗(yàn) 藍(lán)牙協(xié)議棧 (SoftDevice)目錄下的 s110。點(diǎn)擊專業(yè)資料整理WORD格式“ Program 下載程序。專業(yè)資料整理WORD格式2.1.1 下載應(yīng)用程序應(yīng)用程序可以用nRFgo Studio下載，也可以在MDK 中直接下載調(diào)試，在這里我們用 nRFgo Studio下載。

21、切換到 “Program Application 選項(xiàng)卡。點(diǎn)擊“ Browse按鈕翻開(kāi)應(yīng)用程序的HEX 文件位于“BLE 實(shí)驗(yàn) _build目錄下的 nrf51822_*aa_s110.hex 。點(diǎn)擊“Program下載程序。2.2 捕獲播送包按照"藍(lán)牙 4.0BLE 抓包 (一 )"中的描述進(jìn)展抓包，下面是我們捕獲一個(gè)心率計(jì)的播送包。專業(yè)資料整理WORD格式圖 10 ：捕獲的心率計(jì)播送包專業(yè)資料整理WORD格式圖 11 ：查看播送包傳輸?shù)臄?shù)據(jù)2.3 分析播送包為了方便分析，我們先取出這個(gè)播送包實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，如圖9 中所示。心率計(jì)完專業(yè)資料整理WORD格式整的播送報(bào)文如下

22、：專業(yè)資料整理WORD格式D6 BE 89 8E40 21 60 BF 8A B9 CD C50B 09 4E 6F 72 64 69 63 5F 4852 4D03 19 41 0302 01 0607 03 0D 18 0F 18 0A 18EF A6 F02.3.1接入地址D6 BE 89 8E ：接入地址，對(duì)播送來(lái)說(shuō)是固定值。注意一下這里的字節(jié)序，接入地址傳輸時(shí)是低字節(jié)在前的。2.3.2 PDUq 40 ：播送報(bào)文報(bào)頭。lbit0bit3是 0000 ，說(shuō)明播送類型是ADV_IND ，即通用播送指示。l bit7(RxAdd) 是 0， bit7(TxAdd) 是 1 ，說(shuō)明使用的是隨

23、機(jī)地址 (random address) 。Core_V4.2 P2584的2.3.1有詳細(xì)的描述。q21 ：長(zhǎng)度，表示這個(gè)播送的長(zhǎng)度是33 個(gè)字節(jié)。q 9A 3F 20 FB 74 C5 ：設(shè)備地址，這里使用的是隨機(jī)靜態(tài)地址。接下來(lái)就是播送包最重要的局部了，稱之為AdvData ，前面我們說(shuō)過(guò)AdvData是N 個(gè) AD Structure組層成，每個(gè)AD Structure的格式都是Length |AD Type|ADData組成。0B 094E 6F 7264 69 63 5F 48 52 4D03 19 41 0302 01 0607 03 0D 18 0F18 0A18第一個(gè)字節(jié) 0

24、B表示第一個(gè) AD Structure的長(zhǎng)度是 11個(gè)字節(jié)，即第一個(gè) ADStructure是由 0B 加上緊跟著 0B 后面的 11 個(gè)字節(jié)組成，因此，第一個(gè) AD Structure是：0B 09 4E 6F 72 64 69 63 5F 48 52 4D專業(yè)資料整理WORD格式表 1 ：第 1 個(gè) AD Structure的意義專業(yè)資料整理WORD格式Length AD TypeAD Data0B094E 6F 72 64 69 63 5F 48 52 4D11 字節(jié) AD type為“完程序中定義的為Nordic_HRM對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制就整的本地名稱 是4E6F726469635F485

25、24D第 2個(gè) AD Structure是： 03 19 41 03表2：第2個(gè) AD Structure的意義Length AD TypeAD Data031941 033 字節(jié) AD type為外觀特性是一個(gè) 16位的數(shù)值，由 SIG 定義，用來(lái)列舉設(shè)“外觀特性 備的外觀樣式，指示設(shè)備是普通手機(jī)，手環(huán)什么的。第 3個(gè) AD Structure是： 02 01 06表 3：第 3 個(gè) AD Structure的意義Length AD TypeAD Data0201062 字節(jié) AD type為flag 說(shuō)明了物理連接功能，比方有限發(fā)現(xiàn)模式，不支持“ Flag經(jīng)典藍(lán)牙等。lbit 0: LE

26、有限發(fā)現(xiàn)模式。lbit 1: LE 普通發(fā)現(xiàn)模式。lbit 2:不支持 BR/EDR 。lbit 3:對(duì) Same Device Capable(Controller)同時(shí)支持 BLE 和 BR/EDR 。專業(yè)資料整理WORD格式lbit 4:對(duì) Same Device Capable(Host)同時(shí)支專業(yè)資料整理WORD格式持 BLE 和 BR/EDR 。bit 5.7:預(yù)留。第 4 個(gè) AD Structure 是： 07 03 0D 18 0F 18 0A 18表 4 ：第 4 個(gè) AD Structure的意義Length AD TypeAD Data07030D 18 0F 18 0

27、A 187 字節(jié) AD type為“ 16bit該設(shè)備支持的完整的 16bit Service uuid列Service uuid 列表表。l 180D ：Heart Rate service UUID(心率效勞 UUID)l180F ：Battery service UUID(電池效勞UUID)l 180A ：Device Information service UUID( 設(shè)備信息效勞 UUID)16bit UUID：128 位的 UUID 相當(dāng)長(zhǎng)，設(shè)備間為了識(shí)別數(shù)據(jù)的類型需要發(fā)送長(zhǎng)達(dá)16 字節(jié)的數(shù)據(jù)。為了提高傳輸效率， 藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟 (SIG)定義了一個(gè)稱為“UUID 基數(shù)的 128 位

28、通用唯一識(shí)別碼，結(jié)合一個(gè)較短的16 位數(shù)使用。二者仍然遵循通用唯一識(shí)別碼的分配規(guī)那么，只不過(guò)在設(shè)備間傳輸常用的UUID 時(shí)，只發(fā)送較短的16 位版本，接收方收到后補(bǔ)上藍(lán)牙UUID 基數(shù)即可。藍(lán)牙 UUID 基數(shù)如下：專業(yè)資料整理WORD格式000000000000 1000 8000 008059B34FB專業(yè)資料整理WORD格式如要發(fā)送的 16 位 UUID 為 0x2A01 ，完整的 128 的 UUID 便是：0000 2A010000 1000 8000 008059B34FB低功耗藍(lán)牙使用的那局部UUID 被分為以下幾組：l 0x1800 0x26FF ：用作效勞類通用唯一識(shí)別碼。l

29、0x2700 0x27FF：用于標(biāo)識(shí)計(jì)量單位。l0x2800 0x28FF：用于區(qū)分屬性類型。l0x2900 0x29FF：用作特性描述。l0x2A00 0x7FFF：用于區(qū)分特性類型。在程序的“ble_srv_common.h文件中定義了16bit service UUID，如下，當(dāng)然也可以在SIG 官網(wǎng)上查詢：1 #defineBLE_UUID_ALERT_NOTIFICATION_SERVICE0x1811/*< Alert Notification service UUID. */2 #defineBLE_UUID_BATTERY_SERVICE0x180F/*< Batt

30、ery service UUID. */3#defineBLE_UUID_BLOOD_PRESSURE_SERVICE0x1810/*< Blood Pressure service UUID. */4 #defineBLE_UUID_CURRENT_TIME_SERVICE0x1805/*< Current Time service UUID. */5 #defineBLE_UUID_CYCLING_SPEED_AND_CADENCE0x1816/*< Cycling Speed and Cadence service UUID. */6 #defineBLE_UUID_DEVICE_INFORMATION_SERVICE0x180A/*< Device Information service UUID. */7#define BLE_UUID_GLUCOSE_SERVICE0x1808/*< Glucose service UUID. */8 #define專業(yè)資料整理WORD格式BLE_UUID_HEALTH_THERMOMET