【从零开始】手写BLE协议栈（3-1）连接契约：CONNECT_IND

连接契约：CONNECT_IND

前提知识

阅读本文需要具备以下基础：

• 理解广播与主动扫描流程（第 2 篇和 3-1 篇有详细讲解）：CONNECT_IND 不是凭空出现的，它发生在 Master 收到可连接广播 ADV_IND 之后。如果不知道广播信道上的三包握手，就很难理解为什么连接建立还发生在广播信道上。
• 理解 T_IFS 的 150 µs 约束（第 3-2 篇有详细讲解）：CONNECT_IND 也是一帧"回应包"，它同样必须在上一帧结束后的 150 µs 内发出。本文不再展开计时原理，只聚焦这个包里到底装了什么。
• 理解 BLE 广播 PDU 的基本结构（第 2 篇有详细讲解）：CONNECT_IND 虽然语义完全不同，但它仍然是链路层 PDU，仍然有 Header、Length 和 Payload 这些基本组成。

不需要提前了解跳频算法、窗口放宽或调度器细节。本文只回答一个问题：Master 发出的 CONNECT_IND 这 22 字节，到底在约定什么。

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一、从“广场广播”到“加密私聊”

在广播阶段，所有设备都在用同一套公共规则通信：

• 公共信道：37、38、39
• 公共接入地址：Access Address 固定是 0x8E89BED6
• 公共 CRC 校验初始值：0x555555

建立连接之后，两台设备需要私下通话，就要建立一套私密的规则：

• 专属信道：可用的数据信道（Channel Map）？如何跳频？
• 专属接入地址：私有 Access Address
• 专属通信容错机制：通信间隔（Interval）？接收窗口 （WinOffset）？

注意： CONNECT_IND 仍然发生在广播信道上，而不是数据信道上。这一点非常重要。进入数据信道之后具体发生了什么，将在第 4-1 章中详细解释。

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二、22 字节的内存布局

CONNECT_IND 的 Payload 固定为 22 字节，按字节顺序排列如下：

CONNECT_IND Payload 内存布局（22 字节）：

字节偏移  字段        长度   说明
[0..3]    AA          4B     连接私有 Access Address
[4..6]    CRCInit     3B     连接私有 CRC 初始值
[7]       WinSize     1B     首次接收窗口大小，单位 1.25 ms
[8..9]    WinOffset   2B     首次接收窗口起点偏移，单位 1.25 ms
[10..11]  Interval    2B     连接间隔，单位 1.25 ms
[12..13]  Latency     2B     Slave Latency
[14..15]  Timeout     2B     Supervision Timeout，单位 10 ms
[16..20]  ChM         5B     37-bit Channel Map（高 3 bit 保留）
[21]      Hop/SCA     1B     低 5 bit 为 Hop，高 3 bit 为 SCA

最后一个字节为什么被拆成两个字段？因为 Hop 只需要 5 bit，SCA 只需要 3 bit，刚好能塞进同一个字节里。BLE 为了节省空口时间，把所有能压缩的位都压到了极致。

这 22 字节看起来短，但信息密度非常高。它不是一组平铺的配置项，而是三类信息混在一起：

• 身份类：AA、CRCInit，决定"以后怎么认出彼此"
• 时间类：WinSize、WinOffset、Interval、Latency、Timeout，决定"什么时候见面、多久算失联"
• 频率类：ChM、Hop、SCA，决定"在哪个信道见面、时钟误差怎么算"

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三、身份类字段：从公共广场切到私有通道

3.1 AA：连接专属的接头暗号

AA（Access Address，接入地址）是链路层用来识别一条连接的 32 bit 标识。可以把它理解为这条连接的"门牌号"。

广播阶段大家共用同一个门牌号 0x8E89BED6，因为广播本来就是公开的，任何设备都可以来听。但连接阶段不行。连接一旦建立，Slave 必须只接收属于自己这条连接的数据包，而把旁边其他连接、其他广播全部忽略掉。

所以 Master 必须在 CONNECT_IND 里给这条连接分配一个新的、私有的 AA。之后双方只要在空中检测到前导码后面的 32 bit AA 不匹配，就立刻把整包丢掉，不继续接收。

如果不用私有 AA，会发生什么？最直接的后果是：多个连接之间会彼此串台。你的 Slave 可能会把别人的连接事件误认为自己的连接包，CRC 虽然还能再过滤一层，但空口误触发概率会大幅上升，整条链路变得极不稳定。

3.2 CRCInit：第二层“防串台”

CRCInit 是 CRC 计算的初始值。广播阶段它固定是 0x555555，而连接阶段每条连接使用独立的 CRCInit。

这一步的意义是再加一层"专线属性"。即使某个包恰好在 AA 上碰巧匹配，CRCInit 不同也会让 CRC 校验结果完全不同，进一步降低跨连接误收的概率。

AA 像门牌号，CRCInit 像门锁的齿形。两者配合，广播世界的公共通道才真正被切换成连接世界的私有通道。

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四、时间类字段：未来的约会表

4.1 WinSize 与 WinOffset

这两个字段只服务于第一次连接事件。

WinOffset 告诉 Slave：从 CONNECT_IND 收完那一刻开始，再等多久，第一次正式约会才开始。单位是 1.25 ms。

WinSize 告诉 Slave：这次第一次约会的接收窗口有多宽，单位同样是 1.25 ms。Slave 不需要在整个 WinOffset 期间一直开着射频，只需要在规定的窗口里等待 Master 的第一包即可。

很多初学者会问：既然 Master 自己知道什么时候发第一包，为什么还要给一个窗口而不是单点时间？原因是物理世界里时钟永远有误差。Slave 不知道 Master 的定时器和自己的定时器会偏多少，所以第一次约会必须留一个合法窗口，而不是赌一个无限精确的时刻。

4.2 Interval

Interval 是连接间隔，单位 1.25 ms。它定义的是：从一个连接事件锚点到下一个连接事件锚点之间的时间。

它决定了这条连接的基本节奏。Interval 小，双方约会频繁，延迟低，但射频更忙、功耗更高；Interval 大，约会稀疏，功耗下降，但交互延迟上升。

4.3 Latency

Latency 允许 Slave 在没有数据要发时，连续跳过若干个连接事件而不算丢连接。

它的价值在于省电。假设 Interval 是 50 ms，Latency 是 4，那么 Slave 最多可以连续跳过 4 个事件，只在第 5 个事件再起来听一次。这样平均唤醒频率显著下降，电池设备的续航会明显提升。

4.4 Timeout

Timeout 是监督超时，单位 10 ms。它回答的是另一个问题：多久没见到对方，才算这条连接真的死了？

它必须大于一个完整的"允许偷懒周期"，否则 Slave 明明只是按 Latency 合法睡了几轮，链路层却先判连接超时断开，这就自相矛盾了。

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五、频率类字段：未来在哪些信道见面

5.1 ChM：哪些数据信道可用

ChM（Channel Map）是一个 37 bit 的位图，对应 BLE 的 37 个数据信道（0 到 36）。某 bit 为 1 表示该信道当前允许使用，为 0 表示该信道暂时屏蔽。

为什么需要这个位图？因为 2.4 GHz 频段并不干净。Wi-Fi、微波炉、其他蓝牙设备都可能在局部频点造成干扰。如果 Master 发现某几个信道误码率异常高，就可以通过后续控制包把它们从 ChM 里剔除，减少重传和丢包。

所以 ChM 本质上是一张"当前可通行道路图"。

5.2 Hop：下一个连接事件往哪跳

Hop 是跳频增量，取值范围 5 到 16。它不是"本次用哪个信道"，而是"从当前信道推导下一个候选信道时，每次向前跳多少格"。

这个值不能随便取 1、2 或 37，原因在于跳频需要足够好的覆盖性。若增量太小，连接会在少数几个相邻信道之间打转，既降低抗干扰能力，也不符合 BLE 规范对跳频均匀性的要求。第 10 篇会专门展开这个问题。

5.3 SCA：我家时钟大概有多飘

SCA（Sleep Clock Accuracy，睡眠时钟精度）不是实时测得的误差值，而是一个精度等级。Master 用它告诉 Slave："我的低速时钟大概在这个 ppm 等级上。"

Slave 后续计算 Window Widening（窗口放宽）时，就要依赖这个等级来估算：随着时间拉长，Master 的发送时刻可能向前或向后漂移多少。SCA 越差，Slave 就必须提前更早开接收、延后更晚关接收，功耗也会更高。

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