蓝牙协议GAP（Generic Access Profile）
GAP（Generic Access Profile）是蓝牙协议栈中的基础控制层协议，定义了设备如何发现、连接、安全交互及管理广播行为。它适用于经典蓝牙（BR/EDR）和低功耗蓝牙（BLE），是蓝牙通信的"交通规则"。
1. GAP的核心功能
| 功能 | 经典蓝牙（BR/EDR） | 低功耗蓝牙（BLE） |
|---|---|---|
| 设备发现与可见性 | 通过Inquiry Scan/Page Scan | 通过Advertising/Scanning |
| 连接管理 | 角色：Master/Slave | 角色：Central/Peripheral |
| 安全模式 | 定义Legacy Pairing/SSP流程 | 定义LE Secure Connections |
| 广播控制 | 有限支持（如Classic AMP广播） | 核心功能（Advertising Packet） |
2. GAP设备角色
(1) 经典蓝牙（BR/EDR）
| 角色 | 职责 |
|---|---|
| Master | 发起连接，控制时钟同步，管理最多7个Slave（Piconet）。 |
| Slave | 响应Master的请求，被动同步时钟。 |
(2) 低功耗蓝牙（BLE）
| 角色 | 职责 |
|---|---|
| Central | 主动扫描并连接Peripheral（如手机连接手环）。 |
| Peripheral | 广播自身存在，等待Central连接（如心率传感器）。 |
| Broadcaster | 仅广播数据，不建立连接（如信标）。 |
| Observer | 仅扫描广播数据，不发起连接（如扫码设备）。 |
3. GAP关键流程
(1) 设备发现（Discovery）
经典蓝牙（BR/EDR）
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Inquiry：Master发送查询请求，发现周围设备。
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Inquiry Scan：Slave监听查询请求并响应（包含BD_ADDR和Class of Device）。
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EIR（Extended Inquiry Response）：可选扩展信息（如设备名称）。
低功耗蓝牙（BLE）
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Advertising：Peripheral发送广播包（含UUID、设备名等）。
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Scanning：Central监听广播并决定是否连接。
(2) 连接建立（Connection）
经典蓝牙
-
Paging：Master通过Slave的BD_ADDR发起连接。
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Page Scan：Slave必须处于可连接状态。
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LMP协商：建立ACL链路并配置参数（如加密、功率控制）。
低功耗蓝牙
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Connection Request：Central发送CONNECT_REQ包。
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跳频同步：双方根据Connection Interval同步通信信道。
(3) 安全模式（Security）
| 模式 | 经典蓝牙 | 低功耗蓝牙 |
|---|---|---|
| Mode 1 (Non-secure) | 无加密或认证 | 无加密 |
| Mode 2 (Service) | 连接后按服务要求安全认证 | 类似（基于GATT属性权限） |
| Mode 3 (Link) | 连接前强制认证（Legacy Pairing） | LE Legacy Pairing |
| Mode 4 (SSP/LE SC) | Secure Simple Pairing (SSP) | LE Secure Connections |
4. GAP广播与连接参数
(1) BLE广播参数
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| Adv Interval | 广播间隔（20ms ~ 10.24s），影响功耗与发现速度。 |
| Adv Type | ADV_IND（可连接）、ADV_NONCONN_IND（仅广播）、ADV_DIRECT_IND（定向广播）。 |
| Adv Data | 包含设备名称、UUID、Tx Power等（最大31字节）。 |
(2) BLE连接参数
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| Connection Interval | 通信间隔（7.5ms ~ 4s），短间隔低延迟但高功耗。 |
| Slave Latency | 从设备可跳过的通信事件数（0~499），用于节能。 |
| Supervision Timeout | 连接超时（100ms ~ 32s），超时未通信则断开。 |
5. GAP实际应用示例
场景1：手机连接蓝牙耳机（经典蓝牙）
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耳机进入Discoverable Mode（Inquiry Scan）。
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手机发起Inquiry，发现耳机并获取其BD_ADDR。
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手机通过Paging建立ACL链路，触发配对（SSP）。
-
配对成功后，手机作为Master控制音频流（A2DP）。
场景2：智能手环与APP连接（BLE）
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手环作为Peripheral，广播
ADV_IND包（含心率服务UUID）。 -
手机（Central）扫描到广播后，发送
CONNECT_REQ。 -
双方协商Connection Interval=15ms，Slave Latency=3。
-
连接建立后，手机通过GATT读取心率数据。
6. GAP安全机制对比
| 安全特性 | 经典蓝牙（SSP） | 低功耗蓝牙（LE SC） |
|---|---|---|
| 配对方式 | Just Works/Passkey Entry/Numeric Comparison | Passkey Entry/Numeric Comparison/OOB |
| 加密算法 | E0/AES（BR/EDR） | AES-CCM |
| 密钥长度 | 128-bit | 128-bit |
| MITM保护 | 部分模式支持 | 强制（LE Secure Connections） |
7. 常见问题
Q1: 如何区分GAP和GATT？
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GAP：管"谁可以连接我"（角色、可见性、安全）。
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GATT：管"连接后能做什么"（服务/特征值交互）。
Q2: BLE广播包能携带多少数据？
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最大31字节（若需更多数据，可使用Scan Response补充）。
Q3: 经典蓝牙是否支持广播？
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传统BR/EDR不支持广播，但部分设备通过AMP（Alternate MAC/PHY）扩展实现类似功能。
8. 总结
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GAP是蓝牙通信的基石，统一管理设备发现、连接、角色和安全策略。
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经典蓝牙：基于Master/Slave架构，依赖Inquiry/Paging。
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低功耗蓝牙：通过Advertising/Scanning优化功耗，支持灵活角色。
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安全分级：从无认证到强制加密，适应不同场景需求。