1. 协议栈结构图：

1.1 控制器

1.2 主机

1.3 补充资料：

1、物理层（Physical Layer，简写 PHY）：
PHY层用来指定BLE所用的无线频段，调制解调方式和方法等。是1Mbps自适应跳频的GFSK射频，工作于免许可证的2.4GHz ISM（工业、科学与医疗）频段。PHY层做得好不好，直接决定整个BLE芯片的功耗，灵敏度以及selectivity等射频指标。

负责提供数据传输的物理通道（通常称为信道），也即频段

2、链路层（Link Layer，简写 LL）：
LL层是整个BLE协议栈的核心，也是BLE协议栈的难点和重点。LL层要做的事情非常多，比如具体选择哪程度的射频通道进行通信，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。LL层只负责把数据发出去或者收回来，对数据进行怎样的解析则交给上面的GAP或者ATT。

物理层定义比喻为路，此时路是没有逻辑的，没有直行道，快速道，左右转车道，而链路层的功能就是定义逻辑链路，按照传输类型划分。

3.主机控制接口层（Host Controller Interface，简写 HCI）：
HCI是可选的，HCI主要用于2颗芯片实现BLE协议栈的场合，用来规范两者之间的通信协议和通信命令等。

为主机与控制器提供标准通讯接口，这一层可以是软件API或硬件外设UART SPI USB

4、通用访问配置文件层（Generic access profile，简写GAP）：
GAP是对LL层payload（有效数据包）如何进行解析的两种方式中的一种，而且是最简单的那一种。GAP简单的对LL payload进行一些规范和定义，因此GAP能实现的功能极其有限。GAP目前主要用来进行广播，扫描和发起连接等。

5，逻辑链路控制及自适应协议层（Logical Link Control and Adaptation Protocol，简写 L2CAP）：
L2CAP对LL进行了一次简单封装，LL只关心传输的数据本身，L2CAP就要区分是加密通道还是普通通道，同时还要对连接间隔进行管理。

6、安全管理层（Security Manager，简写 SM）：
SMP用来管理BLE连接的加密和安全的，如何保证连接的安全性，同时不影响用户的体验，这些都是SMP要考虑的工作。

7、属性协议层（Attribute protocol，简写 ATT）：
简单来说，ATT层用来定义用户命令及命令操作的数据，比如读取某个数据或者写某个数据。BLE协议栈中，开发者接触最多的就是ATT。BLE引入了attribute概念，用来描述一条一条的数据。Attribute除了定义数据，同时定义该数据可以使用的ATT命令，因此这一层被称为ATT层。

8、通用属性配置文件层（Generic Attribute profile，简写 GATT）：
现在低功耗蓝牙（BLE）连接都是建立在GATT（Generic Attribute Profile）协议之上。GATT是一个在蓝牙连接之上的发送和接收很短的数据段的通用规范，这些很短的数据段被称为属性（Attribute）。
GATT用来规范attribute中的数据内容，并运用group（分组）的概念对attribute进行分类管理。

最重要最贴近开发的层，因为设备数据的通信是通过GATT层实现。从GATT的角度，两个设备建立连接后，一个为GATT服务器，一个为GATT客户端。

一个GATT服务器中可包含一个或多个GATT服务，从而引出”服务“这个概念。 ​ 假设一个设备是温度采集器，明显温度采集器的相关参数跟设备参数不属于同一类，因此该层应同时支持多个服务。多个服务如何区分？这即对应蓝牙联盟规范的UUID，有自定义UUID以及蓝牙联盟定义的UUID。

而一个服务具体可以表现为多个特性去实现，特性也用不同的UUID区分。 ​ 特性可以理解为程序里面的变量，变量必须有变量类型与变量的值。对应特性，特性在蓝牙联盟里包括三个要素：声明、数值和描述。前两者是必须的。

综上，GATT层有着多个“服务”，一个“**服务”**包括多个“特性”，而特性怎么存储，怎么被实实在在的获取？在协议栈中，特性和服务作为属性存在属性表（某个多维数组）中，所以无论是服务还是特性，均是一条条属性！所以GATT层是属性协议。而属性表是怎么样的呢？

属性：指一条带有标签的可以被寻址的数据，有句柄、属性类型、属性值组成。 ​ 被寻址也即被找到，通过句柄找到，句柄就是该属性在属性表的位置，也即程序里数组的下标。属性类型是真实存在的，蓝牙联盟规定128位的UUID来表征一个具体的属性。由于BLE的GATT可以认为是蓝牙标准规范的精简版，所以BLE被允许只传输前面2字节（16位）的UUID，所有的BLE的UUID的基数都是一样的，如下，只有前面两字节不同。属性值的长度可以最长到512字节，但对于某些属性，其长度是固定的。对于蓝牙标准里面规定的UUID所对应的属性（包括服务、特性定义、特性值、特性描述等等），服务、特性定义的长度是确定的，而特性值则是不固定长度的。

没有GATT，BLE协议栈也能跑，但互联互通就会出问题，也正是因为有了GATT和各种各样的应用profile，BLE摆脱了ZigBee等无线协议的兼容性困境， 成了出货量最大的2.4G无线通信产品。

2. GAP（General Access profile）

3. GATT(Generic Attribute profile)

更详细的图：

Profile ：Profile并不是实际存在于BLE外设上的，它只是一个被Bluetooth SIG或者外设设计者预先定义的Service的集合。例如心率Profile（Heart Rate Profile）就是结合了Heart Rate Service和Device Information Sercvice。所有官方通过GATT Profile的列表可以从这里找到。

Service： Service是把数据分成一个个的独立逻辑项，它包含一个或者多个Characteristic。每个Service有一个UUID唯一标识。UUID有16bit的，或者128bit的。16bit的UUID是官方通过认证的，需要花钱购买，128bit是自定义的，这个就可以自己随便设置。
官方通过了一些标准Service，完整列表在这里。以Heart Rate Service为例，可以看到它的官方通过16bitUUID是0x180D，包含3个Characteristic：Heart Rate Measurement，Body Sensor Location和Heart Control Point，并且定义了只有一个第一个必须的，它是可选实现的。

Characteristic ：在GATT事务中的最低界别的是Characteristic，Characteristic是最小的逻辑数据单元，当然它可能包含一个组关联的数据，例如加速度计的X/Y/Z三轴值。

Characteristic可以理解为一个数据类型，它包括一个value和0至多个对次value的描述（Descriptor）。
Descriptor对Characteristic的描述，例如范围、计量单位等。
参考：Android4.3 蓝牙BLE初步

与Service类似，每个Characteristic用16bit或者128bit的UUID唯一标识。你可以免费使用Bluetooth SIG官方定义的标准Characteristic，使用官方定义的，可以确保BLE的软件和硬件能相互理解。当然，你可以自定义Characteristic，这样的话，就只有你自己的软件和外设能够相互理解。

举个例子，Heart Rate Measurement Characteristic,这是上面提到的Heart Rate Service必需实现的Characteristic，它的UUID是0x2A37。它的数据结构是，开始8bit定义心率数据格式（是UINT8还是UINT16？），接下来就是对应格式的实际心率数据。

实际上，和BLE外设打交道，主要是通过Characteristic。你可以从Characteristic读取数据，也可以往Characteristic写数据。这样就实现了双向的通信。所以你可以自己实现一个类似串口（UART）的service，这个Service中包含两个Characteristic，一个被配置只读的通道（RX），另一个配置为只写的通道（TX）。

GATT调用下层的ATT，ATT的attirbute在GATT中表现为Characteristic。

参考资料：

昇润科技技术文章
夜行过客博客
《蓝牙4.0BLE开发完全手册》

推荐资料：
GATT Profile 简介