BLE4.0低功耗蓝牙协议链路层解析：报文结构与白化过程

"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。