bluetooth的基础知识

bluetooth的基础知识

1、概念

蓝牙技术，它是一种能够实现设备间近距离无线通讯的无线电手段，其通信范围通常在10米以内。这种技术广泛应用于各种设备，如移动电话、个人数字助理（PDA）、无线耳机、笔记本电脑以及相关的外围设备，使得这些设备之间能够进行无线信息的交流。

2、发展历程

蓝牙1.0版本什么是1类蓝牙技术，于1999年推出，尽管存在数据泄露的隐患，但并未得到广泛的使用。

蓝牙技术自1.2版本以来持续更新迭代，该版本于2003年推出，标志着蓝牙技术正式迈入安全可靠的新阶段。

蓝牙2.0版本于2004年发布，其设计重点在于增强多任务处理性能，并且实现了全双工通信功能，使得用户能够在进行语音通话的同时，还能进行文件传输。

蓝牙3.0标准于2009年问世，其高速数据传输特性显著提升了带宽，这一特性在客观上对WiFi领域构成了冲击，同时导致能耗和成本有所上升。

2010年，蓝牙4.0技术进行了重新定位，并提出了BLE这一新概念bluetooth的基础知识，即低功耗蓝牙技术。

蓝牙5.0技术自2016年问世以来，在低能耗的前提下显著增强了数据传输的效能，同时提升了使用的安全性及便捷性什么是1类蓝牙技术，因而逐渐演变成为了当前市场上的主流选择。

蓝牙5.2版本于2020年问世，其核心在于LE Audio技术，推出了众多LE音频标准以及全新的LC3编码器，这一编码器以高品质和低延迟著称，显著提升了蓝牙音频的享受体验。

因此，蓝牙技术历经多年演变，技术联盟将其划分为传统蓝牙与节能蓝牙两大类别。为了明确区分这两种蓝牙，在蓝牙4.0版本推出时，SIG特别将“low”这一术语对外宣传为“smart”，同时保留“”以标识传统蓝牙，而“smart ready”则被用于表述具备双模功能（即同时兼容传统蓝牙与节能蓝牙）的设备。

3、蓝牙典型方案应用场景

SIG随后推出的蓝牙4.1、4.2、5.0、5.1和5.2版本，均整合了低功耗蓝牙与经典蓝牙功能。因此，在开发蓝牙应用时，务必明确所需开发的是低功耗蓝牙应用还是经典蓝牙应用，因为它们的应用场景存在差异。通常来说，蓝牙技术因其专为声音传输而研发，堪称近距离音频传输的理想之选，因此其数据传输量相对较大。这种技术广泛应用于蓝牙电话、耳机以及音箱等设备，其有效传输距离大约为10米。低功耗蓝牙，通常简称为BLE，它指的是蓝牙4.0及其以上版本的蓝牙模块。与传统的蓝牙技术相比，BLE采用跳频技术，因此其数据传输量相对较少。尽管如此，它的功耗却非常低，并且传输距离可以达到大约50米。这种技术广泛应用于共享单车锁、蓝牙智能锁、可穿戴设备、物联网智能设备、健身器材以及需要电池供电的蓝牙鼠标和键盘等领域。自然，传统的蓝牙技术同样依赖电力，然而低功耗蓝牙对电量的需求更为低廉，一节电池或一枚小纽扣电池即可维持数月甚至长达一年的使用。

下图对经典蓝牙和低功耗蓝牙的典型应用场景进行了总结。

蓝牙协议场景分类

大家需特别注意，经典蓝牙与低功耗蓝牙在物理层的调制解调方法存在差异，这也就意味着它们的链路控制和基带技术各不相同。因此什么是1类蓝牙技术，低功耗蓝牙设备与经典蓝牙设备之间无法实现通信。在选型时，务必避免混淆，若主设备为低功耗蓝牙，从设备亦需为低功耗蓝牙；同理，经典蓝牙的从设备也只能与经典蓝牙的主设备进行通信。然而，市面上存在一种双模蓝牙设备，这种设备能够兼容低功耗蓝牙与经典蓝牙两种通信方式。例如，我们日常使用的手机，它既能与经典蓝牙设备进行交流，亦能与低功耗蓝牙设备实现通讯。正如之前所述，这并不意味着低功耗蓝牙设备能够与经典蓝牙设备进行通信。实际上，手机通过采用分时技术，实现了与低功耗蓝牙设备及经典蓝牙设备的同时通信。具体来说，手机使双模蓝牙芯片在低功耗蓝牙模式与经典蓝牙模式之间频繁切换，从而实现了对两种蓝牙设备的支持。

4、协议栈框架

协议栈框图

如上图所示，蓝牙协议栈主要由Host和另一个部分构成。Host部分涵盖了整个蓝牙协议栈中位于链路层之上的内容，这包括了传输层L2CAP以及其上层的多种应用层协议，如A2DP、A2RCP、HFP等，它们构成了蓝牙协议栈的核心。而另一个部分则由HCI、LMP（链路管理协议）和基带组成，其中HCI主要负责与硬件驱动进行交互，属于较为底层的部分。L2CAP充当了上层与底层（如HCI）间数据传输的桥梁。在L2CAP之上，协议通过SDU数据包实现数据交换；而在其之下，则与HCI部分通过PDU数据包进行交互。多数蓝牙从业者通常在Host层或应用层工作，使用Linux系统编写的情况相对较少。

5、蓝牙音频规范

构建蓝牙协议体系的核心是一系列标准规范，目前蓝牙标准中包含了二十余项规范，每一项规范都代表了一种特定的通信方式或协议，它们分别适用于不同的应用场景。

该规范主要针对音频信息的传递，具体包括三个关键点。首先，涉及到了传统的A2DP和HFP传输协议。其次，还涵盖了最新的LE Audio技术。

5.1. HFP规范

HFP技术依托于SCO链路进行通话语音的双向传输。该SCO链路具备同步传输的特点。

5.2 A2DP规范

A2DP，即音频传输规范，是蓝牙立体声音频传输的一种标准。其音频数据通过ACL链路进行传输，与在SCO链路上传输的语音数据在本质上存在差异。A2DP本身并不具备远程控制功能，而远程控制功能则需借助AVRCP协议规范来实现。A2DP协议是在AVDTP协议之上构建的，它规定了蓝牙设备间数据流句柄的参数协商、建立传输过程以及信令实体形式的交换，这一协议构成了A2DP框架的基石。蓝牙A2DP数据包的传输则依赖于AVDTP协议。

5.3 BLE Audio

LE Audio 核心框架如下

LE Audio作为新型蓝牙音频传输标准，依托于低功耗蓝牙BLE的无线传输技术，具备以下显著特性：

超低能耗设计，LE蓝牙技术本身就具备低功耗特性，而LE Audio技术更是开创性地实现了每副耳机独立传输单一通道数据，有效减少了每副耳机的数据传输量，从而显著降低了传输与解码过程中的能耗。

这款音频解码器LC3（低功耗编解码器）具备卓越的高音质性能和低能耗特点。

3、LE同步通道（ISOC:Low )

4、支持多重串流音频（Multi- Audio）

5、支持广播音频技术（ Audio）

LE Audio旨在克服前述传统蓝牙音频在音质、传输延迟、双耳无线耳机使用及多设备连接等方面存在的不足，从而推出的一种全新蓝牙音频技术方案。

6、硬件传输协议

蓝牙模块与中央处理器之间的数据交换通常采用UART、USB或SDIO等接口，其中所支持的UART接口包括H4、H5和BCSP，而USB接口则多使用H2等类型。

总结

1、蓝牙协议栈由host和区分的，我们主要学习host

2、蓝牙模组的接口通常是USB或者UART实现数据的收发

3、BR/EDR和BLE的区别

3.1 按照协议版本划分

经典蓝牙版本包括1.1、1.2、2.0、2.1和3.0，而低功耗蓝牙的版本则有4.0、4.1、4.2、5.0和5.2。

经典蓝牙与低功耗蓝牙之间无法实现相互通信，这就导致了在硬件模块的设计上，存在单模蓝牙与双模蓝牙的区分。

3.2、按模组化分为单模和双模

单模蓝牙模块：此类模块仅支持一种蓝牙协议栈，其兼容性仅限于经典蓝牙或低功耗蓝牙中的一个。

双模蓝牙模块内置了两种蓝牙版本，能够同时运行两套不同的协议栈，这使得它既能够与传统的经典蓝牙设备相匹配，也能够与低功耗蓝牙设备相兼容。手机蓝牙

经典蓝牙模式（EDR）特点包括：作用范围有限、能耗较高、能够传输大量数据；低功耗蓝牙模式（BLE）的特点则是：覆盖范围较广、能耗较低、传输的数据量较小；双模运行的优势在于：

为保障BLE与EDR不同传输模式间的顺畅对接，确保兼容性；同时bluetooth的基础知识，采用一款具备BLE和EDR双模功能的蓝牙设备，有效降低项目整体成本。

3.3 工作模式可划分为：主要角色模式、辅助角色模式、主从复合模式以及广播传输模式。

在广播模式下，通常会将连接功能关闭，并且会定期向周边发送数据包。作为独立的蓝牙主机，在执行扫描任务的过程中，会不定期地接收到这些广播数据包。此类应用常见于室内定位以及商店信息推送等服务。

该低功耗蓝牙模块在机模式下同样处于广播状态，正静候扫描。与广播模式有所区别的是，在机模式下，蓝牙模块能够接受连接。

主机模式时，无广播，可扫描周围广播设备

个人收集到一些关于蓝牙方面的资料，需要的自取！

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