GAP（Generic Access Profile）通用访问规范层算是BLE协议栈中最顶部的一层，它定义了设备如何广播、扫描、发现和建立连接，以及配置工作角色（Role）、可发现性、广播数据内容和安全相关的参数。从编程视角来看，GAP中的内容就像是一个config文件，BLE协议栈其他层的工作，都要从GAP中获取初始化参数和配置信息。GAP中定义了一系列模式（Mode）和规程（Procedure），二者相互配合，完成广播和连接的工作。

GAP角色（Role）

有以下几种种GAP角色：

Central：中央设备
Peripheral：外围设备
Broadcaster：广播者
Observer：观察者
Central & Peripheral

第五种Central&Peripheral，在内部是两种角色进行按需转换，并非一种独立的角色。中央设备是向外围发起连接的设备，连接起来后就称为主设备（Master）。Peripheral是向外部广播的设备，连接起来后称为从设备（Slave）。因为建立连接需要进行数据收发，所以无论是Central还是Peripheral，他们都必须具有数据接收和发送的能力。

广播者是一个纯广播设备，观察者是一个纯扫描设备。假如功能需求极其简单，这两种角色可以是只接收或只发送的设备。iBeacon设备就可以设置为一个广播者角色。

与GAP角色相似的还有一个GATT角色概念。GATT角色包括以下三种：

GATT Server
GATT Client
GATT Server & Client

GATT Server是指数据服务器，有发送数据的需求，GATT Client指数据客户端，有接收数据的需求。GATT Server的特征值有Read/Write/Indicate等属性，配置后可以收发处理数据；而GATT Client的特征值是没有这些属性的，仅能够扫描读取GATT Server的特征值，针对Server的特征值进行读写。所以大多数情况下，Central扮演着GATT Client的角色，而Peripheral扮演着GATT Server的角色。不过这并不绝对，理论上无论Central还是Peripheral设备，它都可以是GATT Server，或者GATT Client。比如Alert Notification Profile，它是一个主机，提供扫描功能，但是连接后它是数据源，向外部提供数据，承担Server责任，因而它是GAP Central + GATT Server。总而言之，GAP角色决定了谁广播谁扫描，GATT角色决定了数据从哪里出发。

基本信息

设备地址

BLE设备地址为6字节，分两部分，前半部分为公司部分，后半部分为设备部分。一个典型的BLE设备地址为：00A050-123456，00A050表示Cypress，123456表示设备序号。BLE广播时候会携带设备地址，扫描时候也会记录设备地址，如果两个设备使用相同的地址，则会产生冲突，所以BLE的设备地址应该保证唯一。后半部分3个字节总共6个字符空间，总的可用地址数：16 ^ 6 = 16777216。这个数字对于一个普通的应用，应该绰绰有余。为了保证地址唯一性，有以下2个办法：

根据芯片的随机信息生成随机地址
在量产时候用上位机累加或随机算法避免重复

第一个方法在PSoC BLE中很常用，它利用芯片的Silicon ID等信息，生成一个3字节的随机数。Silicon ID是一个芯片唯一信息，加上一些算法处理，获得的3字节数在10年内遇到重复的几率极小，所以可以在普通的应用中使用。

第二个方法，是在量产时候，将地址信息写入SFlash中，每次地址信息都不相同，BLE程序启动时候，先从sFlash中读出地址信息并设置自身设备地址。注意这里的随机地址，只是两个设备相互之间不同，对于某个设备，一旦写入，就是确定了的。这些地址都属于下面提到的public address。

在协议栈内部，地址分为两类public address和random address。random address又分为static address和private address。private address又分为resolvable private address和non-resolvable private address。如下图：

通常使用的地址都是public address，即明文地址。有些场合为了提高设备的隐私性（Privacy），可以使用resolvable private address，如果将设备地址标记为这一类型，从外部看来，每次重连，设备的地址都会发生变化，与之绑定的另一端设备需要利用IRK（身份解析密钥）对加密地址进行解码，进而获得原始地址.

设备名字

在GAP中设置的GAP名字，会反映到GATT Generic Access Service下的Device Name特征值的数据。它通常跟广播包中的设备名相同，也可以人为设置不同。设备名字最长不应超过128字节，支持UTF-8字符，所以我们可以使用中文名字。

设备图标（Appearance）

设置不同的图标，可以在手机APP上显示出来

模式（Mode）和规程（Procedure）

这两个词（Mode，Procedure）都可以描述设备在一段时间内以一种状态或方式运行，但是在GAP层的描述中被重点区分。模式强调设备在一段时间内被设置为某种状态，规程强调设备在某种模式下去执行某种动作。举个例子，Discovery Mode表示发现模式，有“可被发现”和“不可被发现”等模式，这个参数适用于从机（Peripheral），描述从机的运行状态；而Discovery Procedure表示发现规程，有“普通发现”和“受限发现”等规程，这个参数适用于主机（Central），描述主机怎么去发现从机。类似的，从机有绑定模式，主机执行绑定规程等。模式和规程大致相互对应，从机有某种模式，主机就有相应的规程。

广播模式（Advertising Mode）

Connectable undirected advertising
Scannable undirected advertising
Non-connectable undirected advertising
Connectable directed advertising

这几个概念其实属于链路层（Link Layer），前面文章链路层的的“广播”一节有详细介绍。这里简单回顾一下：

可连接+无定向广播是最常用广播，它的广播数据可以被周边主机发现，可以携带扫描响应数据，同时可以被连接。
可扫描+无定向广播是指可以携带扫描响应数据，但不能被连接。
不可连接+无定向广播指不能携带扫描响应数据，也不能被连接。
可连接+定向广播指只能被指定的主机发现和连接。

扫描规程（Scan Procedure）

Active：主动扫描
Passive：被动扫描

主动扫描是指Central设备发出SCAN_REQ，从机收到后返回SCAN_RSP。于是从机可以在扫描响应（scan response）数据中加入一些数据，等待主机主动扫描。

被动扫描是指Central设备不发出SCAN_REQ，仅仅接收从机的广播数据，无法获取扫描响应数据。BLE SPEC中建议在广播数据中存放变化的数据，静态的数据放在扫描响应数据中。绝大多数Central设备都是用主动扫描，我至今没有见到被动扫描的设备。

发现模式（Discovery Mode）

Non-discoverable mode（不可发现模式）
Limited discoverable mode（受限发现模式）
General discoverable mode（普通发现模式）
Broadcast mode（广播器模式）

发现模式与广播模式相互关联，“不可发现模式”下，只能选择Scannable undirected advertising和Non-connectable undirected advertising两种广播模式，即这种发现模式下，BLE设备不可以被连接。“广播器模式”下也只能选择不可被连接的广播模式。“受限发现模式”和“普通发现模式”下，可以任意选择广播模式。

第一种不可发现模式，使广播设备不被发现，参考。注意，这里不被发现是指不被执行“普通发现规程”的Central设备发现。如果Central设备执行观察规程（obverving procedure），仍然能够看到广播信号。而手机APP等软件默认为观察规程，所以假如使用手机BLE扫描APP来测试，依旧可以看到设为“不可发现模式”的广播设备。正确的测试方法是使用CySmart（PC），将主机的扫描规程设置为“普通”或“受限”，而不是“观察者”，就能够观察到正确现象。

第二种受限发现模式，这里“受限”是指受时间限制。与普通发现模式相比，这个模式好像只是强制要求广播超时参数，其他相同。但是二者的“含义”是不同的，一个受限发现的设备，即有超时限制的设备，给Central传达一个消息，我很快就不行了，要连接应赶紧。所以Central设备如果发现了多个广播设备，在显示设备列表的时候，应该有意识的将受限发现模式的设备放在前面，而普通发现模式的设备放在后面。广播数据中有两个标志位：LE General Discovery Mode和LE Limited Discovery Mode，分别设置这两个标志位即可设置发现模式。

第三种为普通发现模式，可以选择任意的广播模式，然后自由处理各项参数。

发现规程（Discovery Procedure）

Limited discovery：受限发现规程
General discovery：普通发现规程
Observation discovery：观察器规程

前两个发现规程，基本上是为了匹配上面前三种发现模式而设计的。如果Central使用普通发现规程，则能够发现“受限发现模式”和“普通发现模式”的设备，不能发现“不可发现模式”设备。如果Central使用受限发现规程，则仅能够发现“受限发现模式”的设备。对于观察期规程，则能发现各种发现模式下的广播设备。

连接模式（Connection Mode）

Non-connectable mode：无连接模式
Directed connectable mode：定向连接模式
Undirected connectable mode：无定向连接模式

这几个连接模式与上面的几种定向、无定性的广播模式基本对应，确定了广播模式，就会在内部建立相应的连接模式。

连接规程（Connection Procedure）

Auto connection establishment procedure
General connection establishment procedure
Selective connection establishment procedure
Direct connection establishment procedure

自动连接规程，需要白名单（White List）的配合，即只能自动连接白名单中的设备，不是毫无限制的自动连接。
普通连接规程，就是最常用的连接方式。

选择连接规程，这个“选择”是选择合适的连接参数。Central周边有多个广播设备，从机的连接参数各不相同，主机设备可以选择期望的连接参数设备进行连接。选择连接规程与自动连接规程都用于一拖多的场景，一对一的场景，他们俩几乎功能一样。

定向连接规程，与定向广播模式相对应。

与连接相关的规程，还有：

连接参数更新规程
连接终止规程

绑定模式（Bonding Mode）

Bonding：可绑定
No bonding：不可绑定

绑定规程（Bonding Procedure）

就是将配对过程中的密钥保存起来，详细过程参考前面关于安全管理（SM）层的介绍。

安全特性（Security）4.1 安全模式（Security Mode）

Mode 1
Mode 2

模式1是进行加密形式的配对，模式2是进行签名形式的配对。这两种模式含义很明了，不明白BLE协议为什么没有取个有意义的名字。

安全级别（Security Level）

模式1下有三种安全等级：

No Security（No authentication, no encryption）
Unauthenticated pairing with encryption
Authenticated pairing with encryption
Authenticated LE Secure Connections pairing with encryption (BLE v4.2 only)

第一种是无安全，不认证也不加密，俗称裸奔。第二、三种均进行加密，第三种做认证，第二种不认证。

第二种安全等级将使用Just Works配对方式，而第三种安全等级则根据IO Capability选择合适的配对方式。

第四种安全等级是BLE v4.2新增的选项。BLE配对时候传输Passkey有被窃听风险，而这种等级使用特殊算法避免传输Passkey被窃听。

模式2有两种安全等级：

Unauthenticated pairing with data signing
Authenticated pairing with data signing

跟模式1相比，不做数据加密，而是进行数据签名。这种模式，链路不进行加密。数据签名和数据加密，可以通过这个帖子有个感性的认识。简单的讲，加密是将数据明文转成密文，而签名则不改动数据本身，但是伴随数据额外提供一份事先约定好的信息，接收方一看到这个额外信息就知道是指定的发送方发来的消息，于是确认这个消息的真实性。这个额外信息，就是“签名”。如果没有这个签名，假如第三方攻击者混入通信链路，发出伪造消息，接收方就无法判断消息真伪。在配对过程的第三个阶段，分发一系列的密钥，其中CSRK就是用于数据签名的密钥。

广播包数据（Advertisement Packet）

广播包最大长度为31字节，广播包中可以包含多种元素，各个元素的格式是确定的：
AD Element = Length + AD Type + AD Data 其中Length = length(AD Type) + lenght(AD Data)
一些常用过的元素如下：

Flags
Local Name
Tx power level
Service UUID
LE BD Address
Manufacturer Specific Data

全部元素列表参考官方页面。

关于广播包的讲解，网上帖子一大把，比如：1， 2， 3。

GAP服务（Generic Access Service）

Generic Access Service是每个BLE设备都有的服务，可以理解为强制服务。该服务项中包括：
Generic Access Service|- Device Name |- Appearance |- Peripheral Preferred Connection Parameters (PPCP)
由于每个设备都有这个Device Name，所以主机端可以通过UUID读取特征值数据，快速获取设备名。在Android系统中，APP是通过广播包中的Device Name来识别设备名的，在iOS系统中，则不管广播包，只认这个GAP服务下的Device Name。

Appearance就是个图标。

外设期望连接参数PPCP，BLE主机可以通过UUID快速读取PPCP的特征值数据，获取从机期望的连接参数信息。市面上大多数APP并不去读这个参数，从而只能在从机中发起更新连接参数的请求，显式的告诉主机更新连接参数。

（完）

原作者：CY大象，原链接已失效