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蓝牙模块工作原理及蓝牙传输协议结构设计详解
发布时间:2025-01-03 08:47:12

  随着蓝牙技术的不断更新发展,蓝牙模块的传输速率也在不断的提高,并且功耗也是越来越低,这也使得蓝牙模块的应用范围变得更加广泛。但是若是想自己设计一套完善的蓝牙系统,就必须充分的掌握蓝牙的相关无线技术知识,如:射频设计、协议堆栈、系统集成以及

  的选型等方面的专业知识。本文也将重点的介绍蓝牙模块技术知识,希望能给您带来帮助。

  蓝牙模块可以做主机和从机两种模块。主机模式就是能够搜索别的蓝牙模块并且主动与之建立连接。而从机模式不能主动的建立连接,只能够等主机连接自己。

蓝牙模块工作原理及蓝牙传输协议结构设计详解(图1)

  蓝牙低能耗架构共有两种芯片构成:单模芯片和双模芯片。蓝牙单模器件是蓝牙规范中新出现的一种只支持蓝牙低能耗技术的芯片——是专门针对ULP操作优化的技术的一部分。蓝牙单模芯片可以和其它单模芯片及双模芯片通信,此时后者需要使用自身架构中的蓝牙低能耗技术部分进行收发数据。双模芯片也能与标准蓝牙技术及使用传统蓝牙架构的其它双模芯片通信。

  (1)无线射频模块(Radio):蓝牙模块最底层,带微带天线,负责数据接收和发送。

  (2)基带模块(BaseBand):无线介质访问约定。提供同步面向连接的物理链路(SCO)和异步无连接物理链路(ACL),负责跳频和蓝牙数据及信息帧传输,并提供不同层次的纠错功能(FEC和CTC)。

  (4)链路管理模块(LM):负责创建、修改和发布逻辑链接,更新设备间物理链接参数,进行链路的安全和控制。

  (1)逻辑链路控制与适配协议(L2CAP):蓝牙协议栈的基础,也是其他协议实现的基础。向上层提供面向连接和无连接的数据封装服务;采用了多路技术、分割和重组技术、组提取技术来进行协议复用、分段和重组、认证服务质量、组管理等行为。

  (2)音视频发布传输协议(AVDTP)和音视频控制传输协议(AVCTP):二者主要用于Audio/Video在蓝牙设备中传输的协议,前者用于描述传输,后者用于控制信号交换的格式和机制。

  (3)服务发现协议(SDP):蓝牙技术框架至关重要一层,所有应用模型基础。动态的查询设备信息和服务类型,建立一条对应的服务通信通道,为上层提供发现可用的服务类型和属性协议信息。

  (4)串口仿真协议(RFCOMM):实现了仿线串口功能,实现设备间的串行通信。

  Bluetooth Profile是蓝牙设备间数据通信的无线接口规范。目前有四大类、十三种协议规则,厂商可以自定义规格。几种最常见的Profile文件:

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  (1)通用访问配置文件(GAP):其他所有配置文件的基础,定义了在蓝牙设备间建立基带链路的通用方法,并允许开发人员根据GAP定义新的配置文件。包含所有蓝牙设备实施的功能,发现和连接设备的通用步骤,基本用户界面等通用操作。

  (2)服务发现应用配置文件(SDAP):描述应用程序如何用SDP发现远程设备服务,可与向/从其他蓝牙设备发送/接收服务查询的SDP连接。

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  (3)串行端口配置文件(SPP):基于ETSI TS 07.10规格定义如何设置虚拟串行端口及如何连接两个蓝牙设备。速度可达128kb/s。

蓝牙模块工作原理及蓝牙传输协议结构设计详解(图2)

  4、逻辑链路控制及适配协议层(L2CAP):提供数据封装服务,允许逻辑上点对点通信。

  6、属性协议层(ATT):允许设备(服务器)向另一个设备(客户端)展示特定的数据(属性)。

  7、通用属性配置文件层(GATT):定义了使用ATT的服务框架,两个建立连接的设备之间的所有数据通信都是通过GATT子程序处理。

  8、通用访问配置文件层(GAP):对所有蓝牙设备提供共同的功能,如传输模式和访问程序、协议和应用描述。GAP服务包含设备发现、连接模式、安全、认证、联合模型和服务发现。

蓝牙模块工作原理及蓝牙传输协议结构设计详解(图3)

  MTTM可以工作在透传模式(TTM)和指令模式(CM),工作如下:用户通过AT指令控制模块连接从设备。在成功建立链接后,MTTM自动查找从设备的透传通道,如果从设备属于STTM,MTTM默认进入TTM,否则进入CM。

  透传模式,目的是实现透传或直驱控制功能,主机CPU可以通过通用串口模块与STTM双向通信,MTTM直接将数据转发给STTM,再从STTM串口输出到从机CPU。反向亦可。

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