低功耗藍芽的體系結構

2022-07-28 08:24:09 字數 2115 閱讀 1884

低功耗藍芽的體系結構比較簡單,從下到上分別為控制器、主機和應用層。

控制器主要包含物理層、直接測試模式、鏈路層和主機控制介面(hci)的下半部分,能夠收發無線電訊號,並將這些無線電訊號翻譯成帶資訊的資料報。

主機通常為協議棧,管理裝置間如何通訊以及如何提供服務。包含主機控制機介面的上半部分、邏輯鏈路控制和適配協議、屬性協議、安全管理器、通用屬性規範和通用訪問規範。

應用層就是我們嵌入式開發人員所做的各種應用。

下面概述下各個模組的功能,在以後的章節中會詳細介紹各個模組的具體功能和實現。

物理層

物理層採用2,4gh在無線電,完成接收和傳輸的工作。無線電傳輸資訊主要是通過調製和解調來實現的,通過將0和1調製成不同的波形,傳送出去,在接收端收到無線電訊號後解調,就完成了資訊的傳輸。當然,物理層還會包含濾波、放大等一系列的操作,但對於嵌入式軟體工程師來說,可以將這一部分當做乙個黑盒子,只要知道物理層是用來收發資料的就可以。

低功耗藍芽技術中,將2.4ghz劃分為40個rf通道,每個通道的寬度為2mhz。物理層每微妙傳輸1bit的資料。

直接測試模式

直接測試模式是一種測試物理層的新方法。它允許測試者控制物理層傳送和接收一系列的資料報,而後測試者分析接收到的資料報,可以判斷出物理層是否遵循rf規範。

鏈路層

鏈路層是低功耗藍芽體系中最複雜的部分。它負責廣播、掃瞄、連線的建立和保持。確保資料按正確的方式組織,正確的計算校驗值和加密序列等。鏈路層有兩種通道和兩種報文。

通道分為廣播通道和資料通道,報文分為廣播包和資料報。

廣播通道有3個,裝置利用該通道進行廣播,並且掃瞄和發起連線。資料通道有37個,由乙個自適用調頻引擎控制以實現魯棒性。

無論廣播包還是資料報,都是小包,這有助於降低功耗。廣播包和資料報的基本格式均相同。

可以傳送的最短的報文是空報文,總共80bit,時長為80us。

主機/控制器介面

主機/控制器介面提供了主機和控制器之間通訊的標準介面。它允許主機將命令和資料傳送給控制器,也允許控制器將事件和資料傳送給主機。

主機/控制器介面實際上分為物理介面和邏輯介面。邏輯介面主要定義事件和名利以及相關的行為,而物理介面指的就是usb、uart、sdio的介面。

另外,主機/控制器介面會將資料分割和重組。

邏輯鏈路控制和適配協議

l2cap是低功耗藍芽的復用層,它定義裡兩個基本的概念:l2cap通道和l2cap信令。

低功耗藍芽中只使用固定通道:乙個用於信令通道,乙個用於屬性協議,乙個用於安全管理器。

安全管理器協議

定義了配對和密匙分發協議。配對完成後,雙方就儲存了密匙,當兩台裝置下次重連時,可以迅速的認證彼此的身份。

屬性協議

定義了訪問對端裝置資料的一組規則。所有的資料都儲存在屬性伺服器的屬性裡,供客戶端執行讀寫操作。

屬性是被編址並被打上標籤的一小塊資料。每個屬性包含乙個唯一的控制代碼、乙個表示儲存資料的型別以及乙個值。

屬性協議定義了6中型別的資訊:

客戶端到伺服器的請求;

伺服器對客戶端請求的應答;

客戶定對伺服器的命令;

伺服器到客戶端的通知;

伺服器到客戶端的指示;

客戶端對伺服器指示的應答;

通用屬性規範

gatt位於屬性協議之上,定義了屬性的型別和使用方法。通用屬性規範引入了一些概念,包括「特性」、「服務」、服務之間的包含關係、特性描述符等。它還定義了一些規程,用來發現服務、特性、服務之間的關係,以及用來讀取和寫入特性值。

服務之間的關係是的低功耗藍芽體系具有巨大的靈活性和活力。

通用訪問規範

gap定義了裝置如何發現、連線。它還定義裝置之間如何建立長久的聯絡——繫結。規範定義了裝置如何實現可發現、可連線和可繫結。

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