鴻蒙開發(fā)之【藍(lán)牙HCI與藍(lán)牙hld】

1. 簡介

藍(lán)牙的命名來源于一個丹麥國王的名字。

藍(lán)牙的核心是短距離無線電通訊，它的基礎(chǔ)來自于跳頻擴(kuò)頻（FHSS）技術(shù)。

頻率：[2.4GHz, 2.4GHz + 83.5MHz]

物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域需要研究Bluetooth + Mesh。

分類

兩種：

• 經(jīng)典/傳統(tǒng)藍(lán)牙（< 4.0版本）；
• BLE低功耗藍(lán)牙。

在IoT中，ble更常見一些；經(jīng)典藍(lán)牙常用于手機(jī)和耳機(jī)的通信。

芯片模式有兩種：

• 雙模，就是支持以上兩種，應(yīng)用有降噪耳機(jī)、電視語音遙控及按鍵；
• 單模則是只支持一種，通常是支持BLE。

發(fā)展

開始于愛立信在 1994 年提出的無線通信方案，以解決用戶間互不兼容的移動電子設(shè)備的通信問題，用于替代 RS-232 串口通訊標(biāo)準(zhǔn)。

第一代藍(lán)牙（傳輸率0.7Mbps）：

1. 1999 年，藍(lán)牙 1.0A 版，確定使用 2.4GHz 頻段, 藍(lán)牙硬件地址叫做BD_ADDR；
2. 2001 年：藍(lán)牙 1.1，藍(lán)牙 1.1 版正式列入 IEEE 802.15.1 標(biāo)準(zhǔn)，定義了物理層和MAC層；
3. …

第二代藍(lán)牙：

1. 2004 年，藍(lán)牙 2.0，新增的 EDR （Enhanced Data Rate）使得藍(lán)牙設(shè)備的傳輸率可達(dá) 3Mbps；支持雙工，可以邊電話邊傳輸數(shù)據(jù)；
2. 2007 年，藍(lán)牙 2.1，支持 NFC ，新增SSP(Secure Simple Pairing)安全配對，新增SniffSubrating省電功能；

2009 年， 3.0 （比較穩(wěn)定了），可調(diào)用 802.11 WiFi，傳輸速率高達(dá) 24Mbps。藍(lán)牙 3.0 的核心是 AMP（Generic Alternate MAC/PHY）。代表作是藍(lán)牙適配器。

第四代 ：

1. 2010 年，4.0，支持BLE（Bluetooth Low Energy，基于 NOKIA 開發(fā)的 Wibree 技術(shù)）低功耗功能，傳輸距離提升到100米以上。代表作，iphone 4s；
2. 2013 年，4.1支持云功能（可以用于iot了），支持IPv6，支持區(qū)中心（例如智能手表和計步器可以繞過智能手機(jī)，直接連接）；
3. 2014年，4.2，可以拋棄wifi，iot設(shè)備完全用藍(lán)牙；

4.0之前的都是經(jīng)典藍(lán)牙，>=4.0的才支持BLE。

2016 年， 藍(lán)牙 5.0 ，iot入場，速度上限為 2Mbps，傳輸距離理論上可達(dá) 300 米，結(jié)合 WiFi 可以實現(xiàn)精度小于 1 米的室內(nèi)定位；針對 IoT 物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行底層優(yōu)化；引入Mesh網(wǎng)絡(luò)。

說下 Mesh 。

Mesh 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑺{(lán)牙設(shè)備作為信號中繼站，數(shù)據(jù)覆蓋廣，兼容藍(lán)牙 4 和 5 系列的協(xié)議。

傳統(tǒng)的藍(lán)牙連接是通過 配對 實現(xiàn)的，即 [一對一] 或 [一對多] 的微型網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。

Mesh 網(wǎng)絡(luò)能夠使設(shè)備實現(xiàn)「多對多」的關(guān)系。

產(chǎn)品架構(gòu)

3種：

1. 藍(lán)牙芯片（含藍(lán)牙協(xié)議棧host）直接與外設(shè)通信，這類芯片可作MCU，如藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙音響、藍(lán)牙手環(huán)；
2. 藍(lán)牙芯片（含藍(lán)牙協(xié)議棧host）—MCU—外設(shè)，一般用于外設(shè)功能復(fù)雜的場景，
3. 藍(lán)牙芯片（controller）—MCU（含host）—外設(shè)，是藍(lán)牙最復(fù)雜的方案，客戶需要使用很多藍(lán)牙協(xié)議，比如車載藍(lán)牙、手機(jī)藍(lán)牙。

組成

藍(lán)牙設(shè)備：

• 硬件層，即Controller藍(lán)牙模塊（由低到高排序）：
• 無線射頻單元Radio，一種微帶天線；
• 基帶BaseBand或鏈路控制單元LinkController，進(jìn)行射頻信號與數(shù)字或語音信號的相互轉(zhuǎn)化；
• 鏈路管理單元LinkManager，管理藍(lán)牙設(shè)備之間的通信；
• 主機(jī)控制器Host Controller
• TRANSPORT層，實現(xiàn)HOST跟CONTROLLER的交互，有H2（USB使用）, H4/H5/BCSP（UART使用）協(xié)議。5種數(shù)據(jù):
• HCI COMMAND:由藍(lán)牙協(xié)議棧發(fā)送給芯片的命令
• HCI EVENT:由藍(lán)牙芯片上報給藍(lán)牙協(xié)議棧的事件
• HCI ACL:藍(lán)牙協(xié)議棧跟藍(lán)牙芯片雙向交互的普通數(shù)據(jù)
• HCI SCO:藍(lán)牙芯片跟藍(lán)牙協(xié)議棧雙向交互的通話/語音識別等音頻數(shù)據(jù)
• HCI ISO（這部分是在core5.2才添加）:LE audio用的數(shù)據(jù)包格式
• HOST層，即藍(lán)牙協(xié)議棧，或者說藍(lán)牙主機(jī)，：
• 主機(jī)控制接口（HCI），透過transport把協(xié)議棧的數(shù)據(jù)發(fā)送給藍(lán)牙芯片；
• 高層協(xié)議Higher Layer Protocol;
• Application

一些藍(lán)牙模塊：

JDY-10M模塊，含底板+藍(lán)牙模塊，十幾塊錢，供電建議5V。兩種接法：

• 連接UART-TTL轉(zhuǎn)換器，再連接PC；
• 直接連MCU。

M是Mesh的意思，JDY-10就是不支持組網(wǎng)的版本.

2. 協(xié)議

初學(xué)者先學(xué)藍(lán)牙host(藍(lán)牙協(xié)議棧)，再學(xué)controller（藍(lán)牙芯片）里面的協(xié)議。

藍(lán)牙協(xié)議有很多，藍(lán)牙電話（HFP），藍(lán)牙音頻（A2DP），藍(lán)牙音樂控制（AVRCP），藍(lán)牙電話本（PBAP），藍(lán)牙短信（MAP），BLE,HID…

藍(lán)牙協(xié)議分為傳輸協(xié)議、中介協(xié)議和應(yīng)用協(xié)議：

• 傳輸協(xié)議：互相確認(rèn)對方的位置，建立和管理物理鏈路；
• 底層傳輸協(xié)議，包括Radio, Baseband&Link Controller, Link Manager Protocol等；
• 高層傳輸協(xié)議，包括L2CAP， HCI；
• 中介協(xié)議：為應(yīng)用提供不同標(biāo)準(zhǔn)接口；
• 應(yīng)用協(xié)議：協(xié)議棧之上的應(yīng)用軟件所涉及到的協(xié)議。

2.1 傳輸協(xié)議

L2CAP

Logical Link Control and Adaptation Protocol，邏輯鏈路控制與適配協(xié)議。

位于基帶之上

2.2 中介協(xié)議

SDP

Service Discover Protocol，服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，發(fā)現(xiàn)哪些服務(wù)可用，并確定這些可用服務(wù)的特征

RFCOMM

Serial Port Emulation，串口仿真協(xié)議，為建立在串口之上的傳統(tǒng)應(yīng)用提供環(huán)境接口，用于藍(lán)牙電話，藍(lán)牙透傳SPP等。

AT指令

AT指令是區(qū)分大小寫的ascii碼，以r結(jié)束。

像mesh那樣，要在組網(wǎng)中實現(xiàn)通信，就不能用at那樣的ascii指令了，而要用特定的二進(jìn)制協(xié)議格式。

只能在透傳模式下工作（設(shè)備連接手機(jī)后進(jìn)入透傳模式，手機(jī)是服務(wù)端）。

2.3 其它（分類不太確定）

HFP

Hands-Free，藍(lán)牙免提協(xié)議，用于藍(lán)牙耳機(jī)。還有一個已經(jīng)基本廢棄的HSP，藍(lán)牙耳機(jī)協(xié)議。

OBEX，對象交換協(xié)議，用于藍(lán)牙電話本，藍(lán)牙短信，文件傳輸?shù)取?/p>

SPP（SERIAL PORT PROFILE）：藍(lán)牙串口協(xié)議。

IAP：蘋果的特有協(xié)議，用于Carplay。

PBAP（Phone Book Access）：藍(lán)牙電話本訪問協(xié)議。

MAP（Message Access Profile）：藍(lán)牙短信訪問協(xié)議。

OPP（Object Push Profile）：對象推送協(xié)議.

A2DP（Advanced Audio Distribution）: 藍(lán)牙音樂協(xié)議.

審核編輯 黃宇