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STM32 高级物联网通讯之蓝牙通讯

article 2025/1/5 14:15:28

蓝牙基础知识

蓝牙概述

蓝牙产生背景

蓝牙发展历程

蓝牙技术类型

经典蓝牙（BR/EDR和AMP）

低功耗蓝牙（BLE）

市场上常见蓝牙架构

SOC蓝牙单芯片方案

SOC蓝牙+MCU方案

蓝牙host+controller分开方案

蓝牙协议栈

蓝牙芯片架构

BLE低功耗蓝牙协议栈框架

物理层（Physical Layer，PHY）

通用访问配置文件层（Generic access profile，GAP）

逻辑链路控制及自适应协议层（Logical Link Control and Adaptation Protocol，L2CAP）

安全管理层（Security Manager，SM）

属性协议层（Attribute protocol，ATT）

通用属性配置文件层（Generic Attribute profile，GATT）

使用场景

ESP32-C3中的蓝牙功能

BLE角色划分

BLE的地址

公共地址

随机地址

静态地址

私有地址

不可解析

可解析

使用地址

广播

扫描

通讯

蓝牙基础知识

蓝牙概述

蓝牙，是一种利用低功率无线电，支持设备短距离通信的无线电技术，能在包括移动电话、PDAQ、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换，蓝牙工作在全球通用的2.4 GHz（2.4 至 2.485 GH）ISM（即工业、科学、医学）频段，使用IEEE802.11协议。

蓝牙产生背景

1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。芯片霸主Intel公司负责半导体芯片和传输软件的开发，爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发，IBM和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。 1999年下半年，著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三星、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。

全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品，使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景，并预示着21世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮。

蓝牙发展历程

自1994年由爱立信推出至今，蓝牙技术已经走过了30个岁月，发展为当前的状况。

第一代蓝牙：关于短距离通讯早期的探索，使用的是BR（Basic Rate）技术，此时蓝牙的理论传输速率，只能达到721.2Kbps。

第二代蓝牙：新增的EDR（Enhanced Data Rate）技术，使得蓝牙设备的传输率可达3Mbps。

第三代蓝牙：核心是AMP（Generic Alternate MAC/PHY），这是一种全新的交替射频技术，支持动态地选择正确射频，传输速率高达24Mbps。

第四代蓝牙：主推Low Energy低功耗，BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗功能。

第五代蓝牙：开启物联网时代大门，在低功耗模式下具备更快更远的传输能力。

蓝牙技术类型

蓝牙协议包括两种技术：BR（Basic Rate）和LE（Low Energy）。

这两种技术都包括搜索（discovery）管理、连接（connection）管理等机制，但它们是相互独立的，不能互通的技术！

厂商如果只实现了一种，那么只能与同样实现该技术的设备互通。如果厂商要确保能和所有的蓝牙设备互通，那么就只能同时实现两种技术，而不去管是否真的需要。

经典蓝牙（BR/EDR和AMP）

BR：Basic Rate是正宗的蓝牙技术，可以包括可选的EDR（Enhanced Data Rate）技术，以及AMP（Alternate MAC and PHY layer extension）。

BR：最早期的蓝牙技术，速度只能达到721.2Kbps，在那个年代，已为高大上了。

EDR：随着技术的提升，使用EDR技术的蓝牙，理论速率可以达到2.1Mbps。

AMP：使用AMP技术的蓝牙，理论速率可以达到54Mbps。蓝牙自身的物理层和AMP技术差异明显，BR/EDR和AMP是不能同时使用的。简单的说，就是：BR和EDR是可以同时存在的，但BR/EDR和AMP只能二选一。

低功耗蓝牙（BLE）

上面所讲的BR技术的进化路线，就是传输速率的加快、加快、再加快。但能量是守恒的，你想传得更快，代价就是消耗更多的能量。而有很多的应用场景，并不关心传输速率，反而非常关心功耗。这就是Bluetooth LE（称作蓝牙低功耗）产生的背景。

低功耗蓝牙与经典蓝牙使用相同的2.4GHz无线电频率，因此双模设备可以共享同一个天线。低功耗蓝牙使用的调制系统更简单。BLE技术相比BR技术，差异非常大，或者说就是两种不同的技术，凑巧都加一个“蓝牙”的前缀而已。目前BLE主要广泛应用于IoT（Internet of Things：物联网）产品领域。