1、BLE开发入门基础
@

 

💖 作者简介:大家好,我是董哥,嵌入式领域创作者。😜
🧿 创作目标:认真对待每一篇文章,让每一位读者读有所得!🥇

 

1、蓝牙概念

蓝牙,是一种利用低功率无线电,支持设备短距离通信的无线电技术,能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换,蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段,使用IEEE802.11协议。
 

2、蓝牙发展历程

自1994年由爱立信推出至今,蓝牙技术已经走过了20个岁月。从最初的Bluetooth V1.0,到Bluetooth V5.2,经历了近9个版本的修订后,发展为当前的状况。

“蓝牙”的形成背景是这样的

1998 年 5 月,爱立信、诺基亚、东芝、 IBM和英特尔公司等五家著名厂商, 在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术,其宗旨是提供一种短距离、 低成本的无线传输应用技术

芯片霸主 Intel 公司负责半导体芯片和传输软件的开发,爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发, IBM 和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。

1999 年下半年,著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三星、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织,从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。

全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品, 使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景,并预示着 21 世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮。

  • 第一代蓝牙:关于短距离通讯早期的探索,使用的是BR技术,此时蓝牙的理论传输速率,只能达到721.2Kbps。
  • 第二代蓝牙:新增的 EDR(Enhanced Data Rate)技术,使得蓝牙设备的传输率可达 3Mbps。
  • 第三代蓝牙:核心是 AMP(Generic Alternate MAC/PHY),这是一种全新的交替射频技术,支持动态地选择正确射频,传输速率高达 24Mbps
  • 第四代蓝牙:主推” Low Energy”低功耗, BLE(Bluetooth Low Energy)低功耗功能
  • 第五代蓝牙:开启「物联网」时代大门,在低功耗模式下具备更快更远的传输能力,
     

3、蓝牙技术概述

蓝牙协议包括两种技术:BR:Basic RateLE:Low Energy。这两种技术都包括搜索(discovery)管理、连接(connection)管理等机制,但它们是不能互通的

厂商如果只实现了一种,那么只能与同样实现该技术的设备互通。

如果厂商要确保能和所有的蓝牙设备互通,那么就只能同时实现两种技术,而不去管是否真的需要。
 

3.1 Basic Rate(BR)

BR:Basic Rate是正宗的蓝牙技术,可以包括**可选(optional)EDR(Enhanced Data Rate)技术,以及交替使用的(Alternate)**的MAC(Media Access Control)层和PHY层扩展(简称AMP(Alternate MAC and PHY layer extension))。

  • BR:最早期的蓝牙技术,速度只能达到721.2Kbps,在那个年代,已为高大上了。
  • EDR:随着技术的提升,使用EDR技术的蓝牙,理论速率可以达到2.1Mbps
  • AMP:使用AMP技术的蓝牙,理论速率可以达到54Mbps

AMPAlternate交替使用体现在:由于蓝牙自身的物理层和AMP技术差异太明显,BR/EDRAMP是不能同时使用的。

简单的说,就是:BREDR是可以同时存在的,但BR/EDRAMP只能二选一
 

3.2 Low Energy(LE)

上面所讲的BR技术的进化路线,就是传输速率的加快、加快、再加快。但能量是守恒的,你想传的更快,代价就是消耗更多的能量。而有很多的应用场景,并不关心传输速率,反而非常关心功耗。这就是Bluetooth LE(称作蓝牙低功耗)产生的背景。

从它的英文名字上就可以看出它是一种低功耗蓝牙技术,是蓝牙技术联盟设计和销售的一种个人局域网技术,旨在用于医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用。

低功耗蓝牙与经典蓝牙使用相同的2.4GHz无线电频率,因此双模设备可以共享同一个天线。低功耗蓝牙使用的调制系统更简单。

LE技术相比BR技术,差异非常大,或者说就是两种不同的技术,凑巧都加一个“蓝牙”的前缀而已。

目前BLE主要广泛应用于IoT产品领域。

BT_RF_Baseband_Overview.gif
 

4、常见蓝牙架构

市面上,大致有几种蓝牙架构:

4.1 SOC蓝牙单芯片方案

一般是半导体厂商半开源协议栈,把开发的蓝牙协议栈直接烧写到蓝牙芯片中,(比如CSR BC4/5,CSR8670,CSR8675,TI CC2540,NRF51xxx,NRF52xxx,乐鑫ESP32等等),架构如下:

img

此类芯片一般可以直接做为MCU用,这类产品一般用于消费类电子,集成度很高,调调部参数可以直接使用,常见的有蓝牙耳机。
 

4.2 SOC蓝牙+MCU方案

在集成好的蓝牙芯片基础上,通过特定的接口(UART居多),发送自定义的command来达到想要的功能。比如发送0x01代表搜索周围设备…

img

此部分的应用,将蓝牙作为一个外设使用,用于远程通信>。
 

4.3 蓝牙host + controller分开方案

这种应用算是蓝牙最复杂的应用,客户需要使用蓝牙的场景有很多,牵涉到的蓝牙协议也有很多,需要将HostController分开,集成更多的蓝牙协议,比如蓝牙电话(HFP),蓝牙音频(A2DP),蓝牙音乐控制(AVRCP),蓝牙电话本(PBAP),蓝牙短信(MAP)等。

其中Transport是一个协议,H2就是在USB的基础上的协议,H4,H5,BCSP是UART基础上的协议,当然还有SDIO

此部分应用,将定制蓝牙的各种服务,实现蓝牙多功能需求,

img
 

4.4 使用场景

大概列举了以下几种,帮助理解

1)手机 -> 手机的蓝牙复杂应用,注定要用第3种方案,也就是蓝牙协议栈(host)在主芯片中,蓝牙芯片为HCI架构的

2)蓝牙音响,蓝牙耳机 -> 此种应用一般用单芯片方案就能hold住,比如CSR8670/8675/杰理蓝牙等,好处在于开发便捷

3)蓝牙手表 -> 手表要看功能复杂性,如果仅仅有时间显示,传感器交互,蓝牙,那么可以选择单芯片方案(也就是方案1),如果有网络等比较复杂的功能就要使用MCU+蓝牙芯片方案(也就是方案3)了

4)蓝牙手环,蓝牙心率带等 -> 基本上是单芯片方案
 

5、参考文档

[1] 蓝牙官网:https://www.bluetooth.com/

[2] https://blog.csdn.net/XiaoXiaoPengBo/article/details/107462426

[3] https://blog.csdn.net/XiaoXiaoPengBo/article/details/107466841

上一篇 下一篇