低功耗4.0蓝牙协议--物理层讲解.pdf

发布时间：2022-06-10 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.31M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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BLE4.0 协议讲解 1 第一章协议组成图 1.1、协议由 HOST 层和 CONTROLLER 层组成

1.1.1、CONTROLLER 组成 PHY：基带物理层 LL：链路层 HCI：主机控制接口 1.1.2、HOST 组成 L2CAP：逻辑链路控制和适配器 ATT：属性协议 GATT：属性协议配置规范 SM：安全管理 GAP：通用访问规范再往上层就是应用层，不属于协议层。第二章控制器 2.1、PHY 物理层 2.1.1、频段 BLE 使用 2.4GHz 工业、科学及医疗(ISM)频段。这个频段有两个特别之处： • 它是一个无需授权的频段 • 它是唯一一个在任何国家都通用的频段，即对于 2.4GHz 的频段，从 2400MHz~2483.5MHz 约 83.5MHz 的频谱资源在任何地方都可以使用。 • 2.1.2、调制 BLE 采用的 GFSK 调制方式(髙斯频移键控)，物理层的比特率为 1Mbit/s(1Mbps)。

2.1.3、射频信道一共 40 个通道，37 个自适应自动调频数据通道用于两个连接设备的通讯；3 个固定广播通道分别是 37、 38、 39。通道的具体频带分布如图 2-1。图 2-1 频率分布每一个频率可以通过以下公式计算：表达式中 f 是无线信道 K 的中心频率。也意味着最小频率是 2402MHz，最大频率是 2480MHz。 2.1.4、发射功率 2.4GHz ISM 频段对无需授权的设备有最大发射功率的限制，对于 BLE，在 4.0 规范中有规定：

也就是最小发送功率不能低于-20dBm 即 10uW，最大的发送功率不能高于+10dBm 即 10mW。 2.2、链路层描述链路层定义了两个设备如何利用无线电传输信息，包含了报文、广播、数据通道的详细定义，也规定了发现其他设备的流程、广播的数据、连接建立、连接管理以及连接中的数据传输。 2.2.1、链路层的状态机链路层状态机定义了 5 种状态（图 2-2）：就绪态(Standby) • 广播态(Advertising) • 扫描态(Scanning) • 发起态(Initiating) • 连接态(Connection) 在扫描状态中又有：主动扫描和被动扫描；连接态又有：主机和从机。

2.2.2、状态描述 • 就绪态上电后，链路层进入并保持就绪态，直到接收到主机的命令。就绪态可以进入广播态、扫描态或者发送态。从其他的任何状态都能进入就绪态。 • 广播态在广播态链路层可以发送广播报文，也可发送扫描响应，用来回应主动扫描的设备。广播状态就是告诉周围的设备，我存在在这里，并在广播报文中发送自己的名字以及设备地址，等待别的设备进行连接。

在这注意，并不是所有的蓝牙一定要有发送和接收机。例如，当广播者仅仅是广播自己而不让其他设备进行连接时，就可以只需要发送机而不需要接收机。广播态的设备停止广播可以进入就绪态，也可以收到发起者的连接请求后进入连接态。 • 扫描态扫描态能接收广播信道的报文，可用于简单的侦听哪些设备正在广播。它有两个子状态：被动扫描和主动扫描。 • 被动扫描被动扫描态，设备只能被动的扫描，不能发送任何报文，因此，被动扫描可在只有接收机的设备中实现，以控制成本。 • 主动扫描中，链路层一旦发现了新的广播态设备，都会发送扫描请求，并等待该请求的响应。扫描请求和响应报文都是在广播通道中传输。 • 发起态为了发起连接，链路层需要处于发起态，处于发起态的发起者，其接收机用于侦听自己试图连接的设备。如果收到了来自该设备的广播报文，链路层会向其发送连接请求并进入链接状态，并假设广播者也进入了连接状态，这个假设是什么意思呢？就是发起态发送连接请求后就会进入数据通道，不管和对方有没有真正建立连接，都假设已经建立，在数据通道过程中进行数据包发

送，如果能应答说明连接建立，如果发送数据包应答超时，那么连接失败发起态进入就绪态。 • 连接态连接态可由发起态和广播态进行，进入连接态分为主机和从机，如图 2-3。图 2-3 连接态主从机 • 主机只能从发起态进入，必须向对端设备发起连接，并且主设备必须定期向从设备发送报文(即链接事件)，从设备只能回复主机发送的报文时才能发送自己的数据。从机只能从广播状态进入，必须向对端设备进行广播，对于从设备是没有主动发送数据的能力，只有当主机发起了连接事件后，从机才能发送自己的数据，如果从机有更多的数据需要发送，那么将继续在同一个连接事件同一个信道上进行报文交互，当然如

果从机没有数据需要发送，也可以忽略主机发送的连接事件以达到节能的目的。 2.2.3、bit 数据流格式在讲数据报文之前，必须了解协议中对数据的 BIT 排序的规定，在协议中规定数据包或者 PDU 都是以 Little Endian format(小端模式)存放，也就是在内存中低地址放低字节，高地址放高字节，并且 Least Significant Bit (LSB) 即最低 bit 位是第一个发送在空中的位，例如：发送 4 个 bit 的数 b0b1b2 b4= 1101，其中 b0 为最低 bit 位，所以发送到空中先发送 1，接着发送 1，再发送 0，最后发送 1。也就是说低字节的最低 bit 先发送到空中。然而并不是整个数据包的每个字节都是以小端模式存放，以小端模式发送数据，对于数据包中的 Cyclic Redundancy Check (CRC)循环冗余码校验和 MessageIntegrity Check (MIC)信息完整性检查并不是先发送数据的低字节，而是先发送数据的高字节，例如 CRC 的值为 0x149f5e，那么发送到空中是先发送高字节，即先发送 0x14，在发送 0x9f，最后发送 0x5e。 2.2.4、Preamble 前导码前导码为一个字节，它有两个值分别为：10101010b 和 01010101b。实际上这个是干嘛的，具体我不是很清楚，它是由硬件实现，也就是由硬件添加到发送包中，接收到包解析也是由硬件检

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