CC2640R2F BLE5.0 蓝牙概述

蓝牙概述

从这一章节开始我们尝试去系统了解蓝牙协议栈，在这之前我们需要储备以下知识点。

蓝牙

蓝牙是一种短距离的无线通信技术，设计之初是为了取代有线连接，其鲁棒性、低功耗、低成本特性已经让其广泛应用各种终端产品。

蓝牙核心规范是根据不同终端产品可选择、可裁剪的。根据功耗和速率主要被设计两种设备类型——LE和BR，两种设备都实现设备发现、连接建立、连接机制。同时BR无线系统还包含一个可选择的EDR设备类型，EDR又包含一个二选一的MAC层以及可扩展的PHY层，基于这些设计BR的速率可以达到721.2kb/s，EDR可以达到2.1Mbps以及工作在高速模式的802.11AMP 54Mbps。

蓝牙发展至今，已经从1.0到现在5.0版本了，前面3个版本蓝牙主要是以BR/EDR/HS发展，也就是我们常说的经典蓝牙，4.0版本后引入LE，蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，简称SIG）维护着蓝牙核心规范。我们不难看出，从高速AMP直接使用802.11 PHY，还是低功耗参考使用802.15.4以及最新标准的蓝牙5.0协议，SIG一直在功耗、速率、和最新的物联网功能上面平衡。

注意：注意区分BLE、BR、EDR等特定术语，区分低功耗蓝牙和经典蓝牙。

蓝牙核心系统由两个逻辑实体Host&Controller组成，一个Host对应一个或者多个Controller，Host和Controller之间通过HCI接口层交互。Controller对应两种类型：Primary Controllers 和Secondary Controllers。通常来说Primary Controllers只有一个，Secondary Controllers可能有多个。

• 对于BR/EDR 蓝牙设备类型，Controller通常包含 无线电处理、基带、链路管理、和可选择的HCI接口层；
• 对应LE Controller主要包含LE PHY、链路层、和可选择的HCI；
• 通常来说我们还可以合并BR/EDR Controller 和LE Controller到一个Controller，也就是我们常说的双模蓝牙。

上图完整了演示了LE核心系统、BR/EDR核心系统、带Secondary Controller AMP的BR/EDR核心系统、以及合并LE&BR/EDR的双模蓝牙系统。

LE

信道

BLE 工作在无需认证的2.4G免费频段，该频段广泛应用于ISM（工业、科学、医疗）领域。通过跳频通信实现抗干扰特性，GFSK调制，采用1Mbps码元率PHY层设计，可以实现1Mbps波特率通信，BLE5.0优化的物理层可以工作在2Mbps码元率。

2.4G的频段按照每2M带宽划分为40个信道,通过FDMA（频分多址）和TDMA(时分多址)实现多路访问信道资源。

信道资源被我们约定的Events划分为以时间单位访问，我们的有效数据也包含在这些Events里面，Events以连接状态为区分，包含未连接的Advertising Events和已经连接的 Connection events

在物理信道发送广播包的设备我们称为Advertisers,接收到该广播包但是还没有建立连接意图前的设备我们称为Scanners。如下图所示，Advertisers在3个广告信道（可配置）轮询发生Advertising Events，Scanners接收到该广告包后可能在该信道可能发生事件类型的为ScanReq的扫描请求和ScanRsp扫描回复。

如果此时Scanner产生了尝试建立连接请求，Scanner身份切换为为Initiators。Initiators会在接收到Advertising Events产生一个时间类型为Connect的连接请求。一旦建立连接请求，Advertiser和Initiators分别切换为Slave和Master。

在建立连接的时候，Master会基于某种算法产生一个跳频序列，保证在37个数据信道按照某个序列进行跳频切换，以及双方会约定一个跳频间隔，保证通信双方在固定时间在固定信道相遇。

分层设计

如上图所示：
Controller

• LinkManager、LinkController、BR/EDR Radio组成 BR/EDR Controller;
• AMP PAL 、AMP MAC、 AMP PHY 组成AMP Controller;
• Link Manager,Link Controller、LE Radio 组成 LE Controller；

Host

• L2CAP、SDP、GAP 组成 BR/EDR Host；
• L2CAP、SMP、Attribute protocol、GAP GATT组成LE Host；

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