隨著藍(lán)牙技術(shù)的不斷更新發(fā)展，藍(lán)牙模塊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(lán)牙模塊的應(yīng)用范圍變得更加廣泛。但是若是想自己設(shè)計(jì)一套完善的藍(lán)牙系統(tǒng)，就必須充分的掌握藍(lán)牙的相關(guān)無(wú)線技術(shù)知識(shí)，如：射頻設(shè)計(jì)、協(xié)議堆棧、系統(tǒng)集成以及藍(lán)牙模塊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的選型等方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。本文也將重點(diǎn)的介紹藍(lán)牙模塊技術(shù)知識(shí)，希望能給您帶來(lái)幫助。
藍(lán)牙模塊可以通過(guò)串口（SPI、IIC）和MCU控制設(shè)備來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
藍(lán)牙模塊可以做主機(jī)和從機(jī)兩種模塊。主機(jī)模式就是能夠搜索別的藍(lán)牙模塊并且主動(dòng)與之建立連接。而從機(jī)模式不能主動(dòng)的建立連接，只能夠等主機(jī)連接自己。
低功耗藍(lán)牙（Bluetooth Low Energy），簡(jiǎn)稱(chēng)為BLE。藍(lán)牙低能耗無(wú)線技術(shù)利用許多智能手段最大限度地降低功耗。
藍(lán)牙低能耗架構(gòu)共有兩種芯片構(gòu)成：?jiǎn)文Ｐ酒碗p模芯片。藍(lán)牙單模器件是藍(lán)牙規(guī)范中新出現(xiàn)的一種只支持藍(lán)牙低能耗技術(shù)的芯片——是專(zhuān)門(mén)針對(duì)ULP操作優(yōu)化的技術(shù)的一部分。藍(lán)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(gòu)中的藍(lán)牙低能耗技術(shù)部分進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)。雙模芯片也能與標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)及使用傳統(tǒng)藍(lán)牙架構(gòu)的其它雙模芯片通信。
注：按應(yīng)用可分為數(shù)據(jù)藍(lán)牙模塊和語(yǔ)音藍(lán)牙模塊，前者完成無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，后者完成語(yǔ)音和立體聲音頻的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。
藍(lán)牙模塊無(wú)線傳輸協(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(guī)范還定義了主機(jī)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(lán)牙模塊核心協(xié)議由SIG制定的藍(lán)牙專(zhuān)用協(xié)議組成。絕大部分藍(lán)牙設(shè)備都需要核心協(xié)議（加上無(wú)線部分），而其他協(xié)議則根據(jù)應(yīng)用的需要而定?？傊?，電纜替代協(xié)議、電話控制協(xié)議和被采用的協(xié)議在核心協(xié)議基礎(chǔ)上構(gòu)成了面向應(yīng)用的協(xié)議。
?。?）無(wú)線射頻模塊（Radio）：藍(lán)牙模塊最底層，帶微帶天線，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。
?。?）基帶模塊（BaseBand）：無(wú)線介質(zhì)訪問(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(fù)責(zé)跳頻和藍(lán)牙數(shù)據(jù)及信息幀傳輸，并提供不同層次的糾錯(cuò)功能（FEC和CTC）。
?。?）鏈路控制模塊（LC）：藍(lán)牙數(shù)據(jù)包的編碼和解碼。
?。?）鏈路管理模塊（LM）：負(fù)責(zé)創(chuàng)建、修改和發(fā)布邏輯鏈接，更新設(shè)備間物理鏈接參數(shù)，進(jìn)行鏈路的安全和控制。
?。?）主機(jī)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(tǒng)一命令，解釋上下層消息和數(shù)據(jù)的傳遞。硬件接口包含UART、SPI和USB等。
?。?）邏輯鏈路控制與適配協(xié)議（L2CAP）：藍(lán)牙協(xié)議棧的基礎(chǔ)，也是其他協(xié)議實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。向上層提供面向連接和無(wú)連接的數(shù)據(jù)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(fù)用、分段和重組、認(rèn)證服務(wù)質(zhì)量、組管理等行為。
?。?）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Audio/Video在藍(lán)牙設(shè)備中傳輸?shù)膮f(xié)議，前者用于描述傳輸，后者用于控制信號(hào)交換的格式和機(jī)制。
?。?）服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）：藍(lán)牙技術(shù)框架至關(guān)重要一層，所有應(yīng)用模型基礎(chǔ)。動(dòng)態(tài)的查詢(xún)?cè)O(shè)備信息和服務(wù)類(lèi)型，建立一條對(duì)應(yīng)的服務(wù)通信通道，為上層提供發(fā)現(xiàn)可用的服務(wù)類(lèi)型和屬性協(xié)議信息。
?。?）串口仿真協(xié)議（RFCOMM）：實(shí)現(xiàn)了仿真9針RS232串口功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的串行通信。
?。?）二進(jìn)制電話控制協(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(lán)牙設(shè)備之間建立語(yǔ)音和數(shù)據(jù)呼叫的控制信令（Call Control Signalling），并負(fù)責(zé)處理藍(lán)牙設(shè)備組的移動(dòng)管理過(guò)程。
Bluetooth Profile是藍(lán)牙設(shè)備間數(shù)據(jù)通信的無(wú)線接口規(guī)范。目前有四大類(lèi)、十三種協(xié)議規(guī)則，廠商可以自定義規(guī)格。幾種最常見(jiàn)的Profile文件：
?。?）通用訪問(wèn)配置文件（GAP）：其他所有配置文件的基礎(chǔ)，定義了在藍(lán)牙設(shè)備間建立基帶鏈路的通用方法，并允許開(kāi)發(fā)人員根據(jù)GAP定義新的配置文件。包含所有藍(lán)牙設(shè)備實(shí)施的功能，發(fā)現(xiàn)和連接設(shè)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(xiàn)應(yīng)用配置文件（SDAP）：描述應(yīng)用程序如何用SDP發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備服務(wù)，可與向/從其他藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送/接收服務(wù)查詢(xún)的SDP連接。
?。?）串行端口配置文件（SPP）：基于ETSI TS 07.10規(guī)格定義如何設(shè)置虛擬串行端口及如何連接兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。速度可達(dá)128kb/s。
?。?）通用對(duì)象交換配置文件（GOEP）：可以將任意對(duì)象（如圖片、文檔等）從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備。
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(jī)控制接口層（HCI）：主機(jī)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(shù)據(jù)封裝服務(wù)，允許邏輯上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。
5、安全管理層（SM）：加解密，為安全連接和數(shù)據(jù)交換提供服務(wù)。
6、屬性協(xié)議層（ATT）：允許設(shè)備（服務(wù)器）向另一個(gè)設(shè)備（客戶(hù)端）展示特定的數(shù)據(jù)（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(shè)備之間的所有數(shù)據(jù)通信都是通過(guò)GATT子程序處理。
8、通用訪問(wèn)配置文件層（GAP）：對(duì)所有藍(lán)牙設(shè)備提供共同的功能，如傳輸模式和訪問(wèn)程序、協(xié)議和應(yīng)用描述。GAP服務(wù)包含設(shè)備發(fā)現(xiàn)、連接模式、安全、認(rèn)證、聯(lián)合模型和服務(wù)發(fā)現(xiàn)。
分為主透?jìng)鲄f(xié)議模塊（MTTM）和從透?jìng)鲄f(xié)議模塊（STTM）。
MTTM可以工作在透?jìng)髂Ｊ剑═TM）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(shè)備。在成功建立鏈接后，MTTM自動(dòng)查找從設(shè)備的透?jìng)魍ǖ溃绻麖脑O(shè)備屬于STTM，MTTM默認(rèn)進(jìn)入TTM，否則進(jìn)入CM。
透?jìng)髂Ｊ?，目的是?shí)現(xiàn)透?jìng)骰蛑彬?qū)控制功能，主機(jī)CPU可以通過(guò)通用串口模塊與STTM雙向通信，MTTM直接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給STTM，再?gòu)腟TTM串口輸出到從機(jī)CPU。反向亦可。
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