蓝牙系列十三：协议栈L2CAP层

news2025/3/10 14:50:10

L2CAP 全称为逻辑链路控制与适配协议(Logical Link Control and Adaptation Protocol)，位于基带层之上，将基带层的数据分组交换为便于高层应用的数据分组格式，并提供协议复用和服务质量交换等功能。

该层属于主机的内容，位于HCI层的上一层，我们可以看下下面这个结构图1-1加强一下印象：

再来看一下L2CAP层，类比于医院的结构，它是收发室。收发室里面的人是医院的内部员工，它可以在医院内部来传动包裹。
客户端手机想去读取某个属性，它需要利用ATT这一层来发起请求，请求的数据需要经过L2CAP层以及下面的几层到达服务端的L2CAP层。
服务端L2CAP这一层，需要把请求的数据发给ATT层。

建议先复习《BLE协议各层的形象化理解》，下面是我们之前用来类比的医院结构图：

下面这个图是BLE协议各层跟医院的各个科室的类比图：

Controller就是快递公司，它知道把数据发给对方哪一个设备，但是它不能进入对方内部。

L2CAP是“收发室”，它熟知Host的内部结构。

回顾上一节内容，Host和Controller之间的数据有命令(Command)、事件(Event)、ACL数据等等。这里的ACL数据就是想通过controller发给对方设备的数据，ACL数据就是要传送的包裹。那么ACL数据的格式是怎样的呢？

1. 发送数据时，它知道把数据的给对端Host的哪一层：填入CID

2. 接收数据时，它知道把Controller发来的数据转发给Host的哪一层：根据CID转发

既然说要传送的数据是由L2CAP层来构建的，那么就看一下L2CAP的数据格式。

一、L2CAP层数据格式：

在BLE中，可用的channel ID如下图：

上表中的channel，我们一般只需要关注4、5、6。

Channel 4用于传输ATT层的数据，Information payload的格式以后再说；

Channel 5被称为“信令信道”，用于传输一些控制信息，比如“更新连接参数”；

Channel 6用于传输SM层的数据，Information payload的格式以后再说。

注意：对于不同的channel ID，它的information payload是不一样的。本节着重看channel 5的information payload.

1.1 信令信道

Channel 5被称为“信令信道”，有3类数据：

a. 命令：Command

b. 命令拒绝：Command Reject

c. 响应：Response

设备A给设备B发送Command，设备B可以回复Command Reject表示拒绝，或是Response。

这3类数据的格式都是一样的：

Code表示是哪一个命令/响应；Identifier用来匹配一发一收的数据：设备A发送command时会设置Identifier，设备B响应时也要设置Identifier为同一个值。

二、L2CAP层数据传输过程(Fragmentation，分片)：

应用程序通过L2CAP传送数据给对方，不应该限制数据包的大小，但是蓝牙控制器是使用单片机来实现的，它里面的内存是有限的，较大的数据包传进来，它的内存就不够用了。因此L2CAP传输数据时，如果数据包很大，应该把数据拆分成一个个小包，然后依次发给蓝牙控制器，再由蓝牙控制器发给对方，对方蓝牙控制器收到一个个小包后直接给host，再由host将小包组合起来。

注意：数据包的拆分和组装都是在host这一层做的，它不会放到controller中去做，毕竟controller里的资源有限。对于不同的蓝牙协议栈，有的是在L2CAP拆分和组装，有的是在HCI层进行的拆分和组装。反正都是在host这一端去做的。

1. 包很小，不同拆分，可以一次性传送出去。

1）channel ID表示要传送给对端设备的哪个channel（4，5，6中的哪一个？）

问题：它在哪里表示对端设备呢？在L2CAP这一层没有发现
2）在HCI这一层，会在包（黄色区域）的前面加上一个头部，头部中有个handle，就代表了对端的设备。头部中的PB表示起始包，length表示L2CAP整个数据包（即黄色区域部分，这里面有length、channel ID、以及数据本身）的大小。
3）HCI将数据构造好了之后，会通过串口或usb口把构造的新包传给控制器。
4）LL层在收到数据后，会将里面真正的数据抽取出来。这个数就是来自L2CAP层的数据。然后它也会构造一个头部，根据HCI层传入的handle得到access address（代表一个连接，也就是对端的设备），它还会根据HCI中的PB构造一个header，header中的LLID设为10b，也就是代表了起始包，还会根据HCI中length构造header中的length。

5）整个LL层构造的数据包就会通过无线信号发送给对端设备。

以上就是对L2CAP层中一个小包的处理过程。

2. 包不可以一次性传送出去。

L2CAP的包很大，那么这个打包就会拆分成很多小包。在该例中将其拆分成两个小包，前面的那个小包和上面的过程是一样的，作为一个起始包发送出去的。后面的蓝色小包呢？它的发送过程也和前面类似，只不过它是作为延续包发送出去的

参考代码：

l2cap_send_le_signaling_packet        (src\l2cap.c)

       hci_send_acl_packet_buffer        (src\hci.c)

              hci_send_acl_packet_fragments (src\hci.c)


att_write_request                         (src\ble\gatt_client.c)

       l2cap_send_prepared_connectionless    (src\l2cap.c)

              hci_send_acl_packet_buffer        (src\hci.c)

                     hci_send_acl_packet_fragments (src\hci.c)

三、L2CAP层数据接收过程(Recombination，重组)：

与上述Fragmentation过程相反，L2CAP通过HCI层得到起始包、延续包的，重组成一个L2CAP包。

Host通过HCI从Controller得到ACL数据后，从这里开始处理(btstack-master\src\hci.c)：