基于NXP QN9080 BLE 框架浅谈（二）

• 前言

从上次的 BLE 框架浅谈之后，这次笔者要推出 BLE 框架第二部分了。BLE 部分的内容相当丰富，不可能在短时间内熟练掌握整个框架。以下部分主要涉及 BLE 框架中连接建立

过程，以及数据包的发送、接收。本文以 NXP QN9080 平台为例子给大家进行讲解。

• 环境搭建

2.1 SDK 及软件下载

本文基于 NXP QN9080 IC，SDK 和软件可在 NXP 官网 https://mcuxpresso.nxp.com 下载。

2.2 硬件

本文基于 QN9080 官方板进行开发，官方板如图 2.2 所示：

图 2.2

• 开发软件

SDK 支持 IAR、Keil、MCUXpreeso IDE 三种开发软件、本文以 IAR 为开发环境作为介绍。

 

• BLE 建立连接过程

 在浏览本文之前，我们需要先了解 BLE 协议栈的工作原理，以及每一层具体是干什么的，为什么这么分层等。可以参考我前面的基于 NXP QN9080 BLE 框架浅谈（一）

进行一个初步的学习和了解。

下面我以如何发送一个数据包为例并用理论的方式去解释 BLE 协议栈各层是如何紧密配合，以完成发送任务的。

假设有设备 A 和设备 B ，设备 A 为鼠标外设，设备 B 为电脑，设备 A 要把鼠标左键值（十六进制表示成 0x01）发送给设备 B，该如何实现这个过程呢？作为一个开发者，

当然是希望越简单越好，能够简单到单纯调用一个 API 就能够实现这个过程，比如 Send_Value(0x01)，API 中所用到的所有函数通过 BLE 协议栈来完成。实际上我们所

用到的蓝牙芯片就是有这样设计好的 BLE 协议栈。开发者只需去调用这个 API 赋值就可以把数据发送出去了，其余的事情BLE协议栈会进行处理。很多人会简单地认为，

BLE 协议栈是不是直接在物理层就把 0X53 发出去了，如下图：

这种方式看起来很简便，但是还有很多细节需要考虑，实际上是不可行的。首先，BLE 是有多个不同的射频信道的，这个 API 没有考虑到用哪个射频信道来进行传输。

在不更改 API 的情况下，我们需要对协议栈进行分层处理，为此引入 LL 层，LL 层作用在具体选择哪个射频通道进行通信，怎么识别空中数据包，具体在哪个时间点把

数据包发送出去，怎么保证数据的完整性，ACK 如何接收，如何进行重传，以及如何对链路进行管理和控制等等。在原有 API 基础上，我们再去调用一个信道频率 API

去进行传输信道的选择，例如 2402M 。但是，进行上述操作之后设备 B 还不能辨别这个数据包是发给谁的。在此，BLE 会引入 access address 概念，用来指明接收者

身份。这个访问地址比较特殊，它表示要发给周边所有设备，即广播方式。如果你要实现一对一的通信，即称作连接，设备 A 的数据包只能被设备B接收，同样设备B的

数据只能被设备 A 接收，那么必须生成一个随机的访问地址来标识设备 A、B 之间的连接。下图中，代码部分是扫描和广播的数据部分，存放于 app_config.c 头文件中

，红框部分第一行是广播类型，第二行是数据长度，第三行是数据，即为设备 B 中扫描广播所发现的设备 A 广播名称。这个名称是可以按照自身需求去修改的。

下图为设备 A 广播名称：NXP_HOD

连接成功之后，设备 A 连接名称为：Rambo_Mouse

下图红框中，“11”表示名称长度（包含下划线），“Rambo_Mouse”为设备连接名称。

 

下面我们来了解一下简单的广播情况，我们把设备 A 叫 Advertiser（广播者），设备 B 叫 Scanning（扫描者）。前面我们所说到的广播状态下 API 将变成

Send_Value（0x01，信道频率，访问地址），由于设备 B 作为扫描者会接收到很多设备的广播，因此数据包中还需包含设备 A 的设备地址来确认该广播包

是来自设备 A 的。LL 层还需要一件重要的事：检查数据的完整性，即数据在传输过程中有没有发生改变，这个校验位对于 2.4G 通信来说也是同样重要的。

为此，NXP QN9080 引入了 CRC24 对数据包进行校验。

QN9080 的用户手册中，对 CRC 校验位的使用有非常详细的讲解。

在上述的数据包中，我们还需要讨论如下问题：

• 数据包并有被分类组织：即是设备 B 无法找到自己想要的数据 0x01,为此我们需要在访问地址之后加上 LL 层 header 和长度字节，用来表明数据包的 LL 类型以及指明长度。

• 设备 B 何时开启射频窗口以接收空中数据包：

LL 层必须定义通信时序。情况如下：

情况 ① ：设备 A 数据包传输至空中，设备 B 把接收窗口关闭，此时通信失败。

情况 ②：当设备 A 没有在空中发送数据包时，设备 B 把接收窗口打开，此时通信也将失败。

情况 ③：设备 A 的数据包在空中传输，设备 B 刚好打开射频接收窗口，此时通信才能成功。

3、当设备 B 拿到数据之后，该如何解析这个数据呢？此时应当引入 GAP 层，这是 GAP 的本职工作，GAP 层从数据长度、数据类型、以及数据结构上来定义数据，

这部分也取决于广播包的大小，它能定义的数据类型极其有限。

• BLE 连接方式

连接在理解层面上可以类比有线串口通信 UART，容易理解，可用 TXD、RXD 把设备 A、B 连接起来，即为连接。重要的是“同步通信”的概念，所谓建立蓝牙连接，

就是让设备 A、B 两者进行一对一同步成功：

具体如下：

• 设备 A、B 使用相同的物理信道，保持一致性。
• 设备 A、B 双方时间原点保持相同，为同一点。
• 设备 A、B 两者时钟同步成功，双方的通讯协议指明对方什么时候发送和接收数据包。
• 连接成功后，通信过程如下图：

 

 

通过以上学习，我们对 BLE 协议栈实现有了进一步的理解，这部分比较偏向于协议栈底层的东西，对于开发者而言，最重要的还是对 BLE 协议栈的使用，

根及实际，如何去开发一个 BLE 应用等。后续我还会给大家推出更多关于 BLE 、鼠标、键盘方面的博文，扩大大家的知识面，欢迎订阅关注我的博文。

 

• 参考资料

【1】《 QN908x user manual 》

【2】 深入浅出理解 BLE 协议栈