蓝牙BLE协议栈的研究TICCCCOSAL.doc

1.蓝牙：a 是一种支持短距离通讯的无线技术，重要工作在2.4GHz频带。至今分为五个版本1.1，1.2,2.0,3.0,4.0（4.1），现在市面上流行三种设备传统蓝牙（Bluetooth简称BR），低功耗蓝牙（bluetoothSmart即是Bluetooth Low Energy简称BLE，蓝牙4.0（BluetoothSmartReady即是BR+BLE）b 蓝牙4.0由传统蓝牙，高速蓝牙和蓝牙低功耗三种规范合成。其中常用的有两种模式（单模-支持（BLE）和双模-支持（BLE+BR）。我们用的CC2540是单模芯片。c 蓝牙4.0中的BLE（蓝牙低功耗Bluetooth Low Energy）定义了两个频段2.4Ghz（16个信道896/915MHz（896M一个信道915M十个信道），共27个信道。 速度：支持1Mbps数据传输率下的超短数据包。所有连接都使用蓝牙2.1加入的减速呼吸模式（sniff subrating）来达成超低工作循环 跳频：蓝牙规范自适应跳频技术 主控制：更加智能，可以休眠更长时间，只在需要执行动作的时候才唤醒。 延迟：可在3ms内实现连接并设立数据传输。 范围：提高调制指数，最大范围可到100m 健壮性：所有数据包都通过24bitCRC校验。保证最大限度抵御干扰。 安全：使用AES128 CCM加密算法进行数据包加密和认证。 拓扑：每个数据包的每次接受都是用32位寻址，理论上可连接十亿台设备。针对一对一连接，并支持新型拓扑的一对多连接。d 蓝牙4.0总共40个信道，都分布在2.4GHz，其中0.12.39三个信道用来广播信息。e 蓝牙4.0的引起超低的功耗而备受瞩目。是3.0的升级版，较3.0更加省电，成本更低，3ms低延迟，超长有效连接距离，AES-128加密；2.BLEa.蓝牙4.0规范中的一种，其中master最多有7个外设，低功耗，低延迟，低吞吐量。b六种设备状态 待机状态（standby）：设备没有传输和发送数据，并且没有连接到任何设备 广播状态（Advertiser）：周期性广播状态 扫描状态（Scanner）：积极寻找正在广播的设备 发起链接状态（Initiator）：积极向扫描设备发起连接。 主设备（Master）:作为主设备连接到其他设备。 从设备（Slave）：作为从设备连接到其他设备。五种工作状态 准备（standby），广播（advertising），监听扫描（Scanning），发起连接（Initiating），已连接（Connected）四种设备类型 Cnetral主机（常作为client端）：如手机，PC Peripheral从机（常作为Service端）：如心率计，血糖计 Observer观测者： Broadcast广播者：连接过程：Peripheral启动广播-Central扫描从机广播-Peripheral接受到Central的扫描请求，Peripheral向Central发送扫描回应数据-Central向Peripheral发起连接-开始通信。cBLE中的连接参数（ConnectionEvent=确认连接应答信号-设备大多数情况下都在Sleep状态下，每个ConnectionEvent都由Master发起包，在由Slaver回复）参数1：Connection Interva-l两个ConnectionEvent之间的空闲值，单位为1.25ms，最小7.5ms，最大4s。参数2：Slave Latency-Slaver设备没有数据要发时，跳过一定数目的ConnectionEvent的值，Rang：0-499.参数3：Supervision Timeout-超时时间，就是两个设备在连接的这段时间没有发生通讯而导致连接自动断开的值。Range（10ms-32s）但是必须满足以下条件参数3=参数1*（参数2+1）。d 兼容性BLE协议结构a. 结构可分为三大层（控制层（controller）（HCI、LL、PHY）协议层（Host）（L2CAP、SM、ATT、GATT、GAP）应用层（App）（GATT Profile和GAP Role/Security Profiles）b. 各层单元逻辑PHY 物理层：重要是射频和电路部分LL 链路控制层：通过计算器的设立来控制物理层HCI 通讯层：向host和controller提供一个标准化接口，该层可以由软件api实现或者用硬件接口UART SPI USB 来控制L2CAP逻辑链路控制和适配层：负责逻辑链路的连接以及事件的分发，位于基带协议之上。L2CAP向上层提供面向连接的和无连接的数据服务。它的功能涉及：协议的复用能力、分组的分割和重新组装以及数据组提取。L2CAP允许高层协议和应用发送和接受高达64Byte的数据分组SM安全服务层：提供配对密匙的发放，实现安全链接和数据互换ATT属性层：是BLE中一个很重要的一层，所有的数据都要通过这层，展示属性的称为服务器，与之配对的称为客户端。主机设备可以是服务器也可以是客户端规定了Client和Server两个角色，数据存在Service端，以Attribute形式存在，Client则以读或写的方式来对Server端数据进行操作GATT定义使用ATT的服务框架GATT规定了配置文献（profile）结构。在BLE中所有的profile或者服务用到的数据块都称为“特性”characteristic，基于ATT层更加细化的根据性质把传输的数据提成特定的类并标上UUID（每类ATT也有一个独特的UUID）GAP重要用于设备查找，连接建立，广播发送接受的一些控制APP层：Profile定义的是特定的一个使用环境，相同的也有个UUIDc. 名词解释Profile：可以理解成是一种规范，蓝牙组织规定了一系列的profile,如心率计，防丢器等。每个Profile中都会包含多个ServiceService：可以理解成一个服务，在ble从机中，通过多个服务（如电量信息服务，系统信息服务等），每个Service里面包含多个Characteristic特性值。Characteristic特性值才是bel的主体，（如：点量80%。会通过电量的Characteristic特性值存在从机的profile里，这样主机可以通过这个Characteristic来读取80%这个数据。）Characteristic：Characteristic特性值，主从机的通讯全是通过Characteristic来实现的，可以理解为一个标签，通过这个标签可以获取或者写入想要的内容UUID：统一辨认码我们刚才提到的Service和Characteristic，都需要一个唯一的UUID来标记。CC2540a 芯片特性内部由一个51内核和基本外设构成，时钟频率可达32MHz，机器周期为一个时钟周期，拥有内部阻容振荡器，8KBRAM，256KBFlash5通道DMA，1个16位，两个8位定期器，红外生成电路，32KHz有捕获功能睡眠定期器数字信号强度指示器（RSSI），电池监视和温度感应器，8通道12位ADC，2个UART，USB拥有SmartReadyBlueTooth两个模式，CC2541支持（BR和BLE模式）传输速率：低于100kbps b 引脚分派c 最小系统d OSAL系统e