"BLE4.0 低功耗蓝牙协议总结"
本文主要介绍了BLE4.0低功耗蓝牙协议,特别是其链路层报文结构。在BLE协议中,链路层扮演着至关重要的角色,它是整个通信报文的基础。以下是对相关知识点的详细阐述:
首先,协议的构成分为HOST层和CONTROLLER层,CONTROLLER层负责物理层和链路层的实现,而HOST层则处理高层协议,如GATT(通用属性配置文件)和服务发现。
在控制器部分,PHY(物理层)是蓝牙通信的基础,包括频段、调制方式、射频信道和发射功率。BLE4.0使用2.4GHz ISM(工业、科学、医疗)频段,采用GFSK(高斯频移键控)调制,射频信道分为40个,发射功率可调,以适应不同距离的通信需求。
链路层是本文的重点,它负责数据的传输和管理。链路层的状态机包括连接、广播、扫描和休眠等状态,每个状态都有相应的操作和转换条件。在数据传输过程中,比特数据流经过预编码(Preamble)、接入地址(Access Address)和CRC校验(Cyclic Redundancy Check)等环节,确保数据的准确性和完整性。其中,白化(DATA WHITENING)是在CRC计算后对发送数据进行的一种扰码处理,用于增加信号的抗干扰能力。在接收端,数据首先经过白化处理,然后进行CRC校验,以检测数据是否在传输过程中出错。
链路层报文结构由PDU(Protocol Data Unit)组成,包括报头、长度和其他具体数据。报头通常包含设备地址、类型信息等,长度字段指示PDU的大小。广播通道的PDU格式适用于广播和扫描事件,而数据通道的PDU则用于已连接设备间的数据交换。
此外,链路层设备滤波机制用于筛选和识别感兴趣的设备,通过白名单存储设备地址来减少不必要的通信。NRF51822是一款常见的BLE芯片,其Radio模块支持EasyDMA(直接内存访问),简化了数据传输,并具有灵活的包结构和设备地址管理功能。Radio的状态机和时间参数管理着无线通信的时序,包括调频、自适应调频等,以适应不同的通信环境。
在非连接状态下,BLE设备可以处于就绪态、广播态、扫描态或发起态。广播态分为不同类型的广播事件,如非定向可连接广播事件(ADV_IND)、定向可连接广播事件(ADV_DIRECT_IND)、非定向不可连接事件(ADV_NONCONN_IND)和可发现不可连事件(ADV_DISCOVER_IND/ADV_SCAN_IND)。扫描态用于搜索广播信号,发起态则是为了建立连接。
BLE4.0的链路层报文结构及其工作原理是理解蓝牙低功耗通信的关键,涵盖了从物理层的调制到链路层的数据处理和状态管理等多个方面。这些知识对于开发和调试BLE设备,尤其是涉及Android、MCU等平台的应用程序至关重要。