蓝牙基础知识

SevenTwenty4

蓝牙是一种支持设备短距离通信的低功耗、低成本无线电技术。它的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带。蓝牙技术以其便捷性和实用性迅速渗透到了我们生活的方方面面。从最初的无线耳机、音箱连接，到如今在智能家居、健康管理、数据传输等多个领域的广泛应用，蓝牙技术无疑成为了现代生活中不可或缺的一部分。本人工作之初接触的最早蓝牙设备就是蓝牙鼠标。今天我们就一起来学习蓝牙技术的基础知识

一、蓝牙起源

蓝牙（Bluetooth）源于10世纪的丹麦国王哈拉尔一世（Harald Blåtand）。这位国王以统一斯堪的纳维亚半岛的功绩闻名，而“蓝牙”正是他名字的北欧语直译。而将“蓝牙”与现在的无线通讯技术标准关联在一起的，是一位来自英特尔的工程师JimKardach，他在一次无线通讯行业会议上，提议将“Bluetooth”作为无线通讯技术标准的名称。用“Bluetooth”名字来命名这种新的技术标准。1998 年 ，爱立信联合 IBM、英特尔、诺基亚及东芝公司等 5 家著名厂商成立“特别兴趣小组”（Special Interest Group，SIG），即蓝牙技术联盟的前身，目标是开发一个成本低、效益高、可以在短距离范围内随意无线连接的蓝牙技术标准，到此蓝牙标准正式形成。

二、蓝牙发展历程

蓝牙几个关键发展节点：

蓝牙2.0+EDR（2004年）：传输速度提升至2.1Mbps，支持立体声音频传输，MP3耳机开始流行。

蓝牙4.0（2010年）：引入低功耗蓝牙（BLE），引爆智能手环、健康监测等物联网设备。

蓝牙5.0（2016年）：传输距离扩展至300米（空旷环境），速度翻倍，支持多设备广播。

蓝牙5.3（2021年）：增强抗干扰能力，降低延迟，为游戏耳机和AR/VR设备铺路。

三、蓝牙技术分类

蓝牙经典无线电，也称为蓝牙基本速率/增强数据速率 (BR/EDR)，工作在 2.4GHz 未授权工业、科学和医疗 (ISM) 频段的 79 个通道上传输数据。蓝牙经典支持点对点设备通信，主要用于实现无线音频流，例如无线扬声器、耳机和车载娱乐系统等。蓝牙经典无线电还支持数据传输应用，例如移动打印。

蓝牙低功耗 (BLE) 无线电专为极低功耗操作而设计。蓝牙低功耗无线电在 2.4GHz 未经许可的 ISM 频段上通过 40 个通道传输数据，为开发人员提供了极大的灵活性，使他们能够构建满足其市场独特连接要求的产品。蓝牙低功耗支持多种通信拓扑，从点对点扩展到广播，以及最近的网状网络，使蓝牙技术能够支持创建可靠的大规模设备网络。虽然蓝牙低功耗最初以其设备通信功能而闻名，但现在也被广泛用作设备定位技术，以满足对高精度室内定位服务日益增长的需求。蓝牙低功耗现在包含的功能可以使一个设备确定另一个设备的存在、距离和方向。

四、蓝牙协议栈组成蓝牙协议栈由主机 + HCI(可选) + 控制器三大块组成，其中对于单芯片方案是没用HCI的。
主机(Host) ：主机部分由核心协议层(L2CAP、SDP、SMP、ATT)和核心规范(GAP、GATT)构成。
控制器(Controller)：分为低功耗蓝牙（Low Energy Controller）和经典蓝牙（BR/EDR Controller）。其中链路管理(LM)、基带（BB）和射频（RF）构成了蓝牙的物理模块。RF 通过2.4GHz 的 ISM 频段，实现数据位流的传输，它主要定义了蓝牙收发器应满足的条件。基带扶着跳频和蓝牙数据和信息帧的传输。基带就是蓝牙的物理层，它负责管理物理信道和链路中除了错误纠正、数据处理、调频选择和蓝牙安全之外的所有业务。
HCI：此部分定义了主机和控制器之间通信的接口标准（Host Controller Interface），可以是UART、USB等通信方式。
五、蓝牙协议规范分类

为保证蓝牙设备间相互操作性，蓝牙技术联盟制定了一系列的协议规范。这些协议规范主要定义了蓝牙设备的通信协议，硬件接口及应用层协议，确保不同厂家的蓝牙设备可以相互配对通信。