|
隨著(zhù)藍牙技術(shù)的不斷更新發(fā)展，藍牙的傳輸速率也在不斷的提高，并且功耗也是越來(lái)越低，這也使得藍牙的應用范圍變得更加廣泛。但是若是想自己設計一套完善的藍牙系統，就必須充分的掌握藍牙的相關(guān)技術(shù)知識，如：射頻設計、協(xié)議堆棧、系統集成以及藍牙模塊的選型等方面的專(zhuān)業(yè)知識。本文也將重點(diǎn)的介紹這些技術(shù)知識，希望能給您帶來(lái)幫助。 一、數據透傳 藍牙模塊可以通過(guò)串口（SPI、IIC）和MCU控制設備來(lái)進(jìn)行數據傳輸。 藍牙模塊可以做主機和從機兩種模塊。主機模式就是能夠搜索別的藍牙模塊并且主動(dòng)與之建立連接。而從機模式不能主動(dòng)的建立連接，只能夠等主機連接自己。 二、低功耗 低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy），簡(jiǎn)稱(chēng)為BLE。藍牙低能耗無(wú)線(xiàn)技術(shù)利用許多智能手段最大限度地降低功耗。 藍牙低能耗架構共有兩種芯片構成：?jiǎn)文Ｐ酒碗p模芯片。藍牙單模器件是藍牙規范中新出現的一種只支持藍牙低能耗技術(shù)的芯片——是專(zhuān)門(mén)針對ULP操作優(yōu)化的技術(shù)的一部分。藍牙單模芯片可以和其它單模芯片及雙模芯片通信，此時(shí)后者需要使用自身架構中的藍牙低能耗技術(shù)部分進(jìn)行收發(fā)數據。雙模芯片也能與標準藍牙技術(shù)及使用傳統藍牙架構的其它雙模芯片通信。 注：按應用可分為數據藍牙模塊和語(yǔ)音藍牙模塊，前者完成無(wú)線(xiàn)數據傳輸，后者完成語(yǔ)音和立體聲音頻的無(wú)線(xiàn)數據傳輸。 三、藍牙協(xié)議組成 藍牙協(xié)議體系中的協(xié)議按SIG的關(guān)注程度分為四層： 1、核心協(xié)議：BaseBand、LMP、L2CAP、SDP； 2、電纜替代協(xié)議：RFCOMM； 3、電話(huà)傳送控制協(xié)議：TCS-Binary、AT命令集； 4、選用協(xié)議：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE。 除上述協(xié)議層外，規范還定義了主機控制器接口（HCI），它為基帶控制器、連接管理器、硬件狀態(tài)和控制寄存器提供命令接口。在上圖中可見(jiàn)，HCI位于L2CAP的下層，但HCI也可位于L2CAP上層。 藍牙核心協(xié)議由SIG制定的藍牙專(zhuān)用協(xié)議組成。絕大部分藍牙設備都需要核心協(xié)議（加上無(wú)線(xiàn)部分），而其他協(xié)議則根據應用的需要而定�？傊�，電纜替代協(xié)議、電話(huà)控制協(xié)議和被采用的協(xié)議在核心協(xié)議基礎上構成了面向應用的協(xié)議。 四、藍牙基本架構 1、底層硬件模塊 �。�1）無(wú)線(xiàn)射頻模塊（Radio）：藍牙最底層，帶微帶天線(xiàn)，負責數據接收和發(fā)送。 �。�2）基帶模塊（BaseBand）：無(wú)線(xiàn)介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)約定。提供同步面向連接的物理鏈路（SCO）和異步無(wú)連接物理鏈路（ACL），負責跳頻和藍牙數據及信息幀傳輸，并提供不同層次的糾錯功能（FEC和CTC）。 �。�3）鏈路控制模塊（LC）：藍牙數據包的編碼和解碼。 �。�4）鏈路管理模塊（LM）：負責創(chuàng )建、修改和發(fā)布邏輯鏈接，更新設備間物理鏈接參數，進(jìn)行鏈路的安全和控制。 �。�5）主機控制器接口（HCI）：是軟硬件接口部分，由基帶控制器、連接管理器、控制和事件寄存器等組成；軟件接口提供了下層硬件的統一命令，解釋上下層消息和數據的傳遞。硬件接口包含UART、SPI和USB等。 2、中間協(xié)議層 �。�1）邏輯鏈路控制與適配協(xié)議（L2CAP）：藍牙協(xié)議棧的基礎，也是其他協(xié)議實(shí)現的基礎。向上層提供面向連接和無(wú)連接的數據封裝服務(wù)；采用了多路技術(shù)、分割和重組技術(shù)、組提取技術(shù)來(lái)進(jìn)行協(xié)議復用、分段和重組、認證服務(wù)質(zhì)量、組管理等行為。 �。�2）音視頻發(fā)布傳輸協(xié)議（AVDTP）和音視頻控制傳輸協(xié)議（AVCTP）：二者主要用于A(yíng)udio/Video在藍牙設備中傳輸的協(xié)議，前者用于描述傳輸，后者用于控制信號交換的格式和機制。 �。�3）服務(wù)發(fā)現協(xié)議（SDP）：藍牙技術(shù)框架至關(guān)重要一層，所有應用模型基礎。動(dòng)態(tài)的查詢(xún)設備信息和服務(wù)類(lèi)型，建立一條對應的服務(wù)通信通道，為上層提供發(fā)現可用的服務(wù)類(lèi)型和屬性協(xié)議信息。 �。�4）串口仿真協(xié)議（RFCOMM）：實(shí)現了仿真9針RS232串口功能，實(shí)現設備間的串行通信。 �。�5）二進(jìn)制電話(huà)控制協(xié)議（TCS）：基于 ITU-T Q.931 建議的采用面向比特的協(xié)議，它定義了用于藍牙設備之間建立語(yǔ)音和數據呼叫的控制信令（Call Control Signalling），并負責處理藍牙設備組的移動(dòng)管理過(guò)程。 3、藍牙Profile Bluetooth Profile是藍牙設備間數據通信的無(wú)線(xiàn)接口規范。目前有四大類(lèi)、十三種協(xié)議規則，廠(chǎng)商可以自定義規格。幾種最常見(jiàn)的Profile文件： �。�1）通用訪(fǎng)問(wèn)配置文件（GAP）：其他所有配置文件的基礎，定義了在藍牙設備間建立基帶鏈路的通用方法，并允許開(kāi)發(fā)人員根據GAP定義新的配置文件。包含所有藍牙設備實(shí)施的功能，發(fā)現和連接設備的通用步驟，基本用戶(hù)界面等通用操作。 �。�2）服務(wù)發(fā)現應用配置文件（SDAP）：描述應用程序如何用SDP發(fā)現遠程設備服務(wù)，可與向/從其他藍牙設備發(fā)送/接收服務(wù)查詢(xún)的SDP連接。 �。�3）串行端口配置文件（SPP）：基于ETSI TS 07.10規格定義如何設置虛擬串行端口及如何連接兩個(gè)藍牙設備。速度可達128kb/s。 �。�4）通用對象交換配置文件（GOEP）：可以將任意對象（如圖片、文檔等）從一個(gè)設備傳輸到另一個(gè)設備。 五、藍牙協(xié)議棧層次 1、物理層（PHY）：射頻傳輸。 2、鏈路層（LL）：控制射頻狀態(tài)，包括等待、廣告、掃描、初始化、連接。 3、主機控制接口層（HCI）：主機和控制器通信接口。 4、邏輯鏈路控制及適配協(xié)議層（L2CAP）：提供數據封裝服務(wù)，允許邏輯上點(diǎn)對點(diǎn)通信。 5、安全管理層（SM）：加解密，為安全連接和數據交換提供服務(wù)。 6、屬性協(xié)議層（ATT）：允許設備（服務(wù)器）向另一個(gè)設備（客戶(hù)端）展示特定的數據（屬性）。 7、通用屬性配置文件層（GATT）：定義了使用ATT的服務(wù)框架，兩個(gè)建立連接的設備之間的所有數據通信都是通過(guò)GATT子程序處理。 8、通用訪(fǎng)問(wèn)配置文件層（GAP）：對所有藍牙設備提供共同的功能，如傳輸模式和訪(fǎng)問(wèn)程序、協(xié)議和應用描述。GAP服務(wù)包含設備發(fā)現、連接模式、安全、認證、聯(lián)合模型和服務(wù)發(fā)現。 六、藍牙傳輸過(guò)程 1、主從機建立過(guò)程 2、主從通信透傳模塊 分為主透傳協(xié)議模塊（MTTM）和從透傳協(xié)議模塊（STTM）。 MTTM可以工作在透傳模式（TTM）和指令模式（CM），工作如下：用戶(hù)通過(guò)AT指令控制模塊連接從設備。在成功建立鏈接后，MTTM自動(dòng)查找從設備的透傳通道，如果從設備屬于STTM，MTTM默認進(jìn)入TTM，否則進(jìn)入CM。 透傳模式，目的是實(shí)現透傳或直驅控制功能，主機CPU可以通過(guò)通用串口模塊與STTM雙向通信，MTTM直接將數據轉發(fā)給STTM，再從STTM串口輸出到從機CPU。反向亦可。 本文來(lái)自 成都億佰特 |
