藍(lán)牙設(shè)備在生活中無(wú)處不在，但是我們也只是將其作為藍(lán)牙模塊進(jìn)行使用，發(fā)送簡(jiǎn)單的AT命令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)。

那么，像對(duì)于一些復(fù)雜的使用場(chǎng)合：“車(chē)載藍(lán)牙”、"智能手表"、“藍(lán)牙音箱”等，我們不得不去了解底層的藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)原理。

• 1、藍(lán)牙概念

• 2、藍(lán)牙發(fā)展歷程

• 3、藍(lán)牙技術(shù)概述

• 3.1 Basic Rate(BR)

• 3.2 Low Energy（LE）

• 4、常見(jiàn)藍(lán)牙架構(gòu)

• 4.1 SOC藍(lán)牙單芯片方案

• 4.2 SOC藍(lán)牙+MCU方案

• 4.3 藍(lán)牙host + controller分開(kāi)方案

• 4.4 使用場(chǎng)景

• 5、參考文檔

藍(lán)牙，是一種利用低功率無(wú)線電，支持設(shè)備短距離通信的無(wú)線電技術(shù)，能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換，藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，使用IEEE802.11協(xié)議。

自1994年由愛(ài)立信推出至今，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)走過(guò)了20個(gè)歲月。從最初的Bluetooth V1.0，到Bluetooth V5.2，經(jīng)歷了近9個(gè)版本的修訂后，發(fā)展為當(dāng)前的狀況。

“藍(lán)牙”的形成背景是這樣的：

1998 年 5 月，愛(ài)立信、諾基亞、東芝、 IBM和英特爾公司等五家著名廠商， 在聯(lián)合開(kāi)展短程無(wú)線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)時(shí)提出了藍(lán)牙技術(shù)，其宗旨是提供一種短距離、 低成本的無(wú)線傳輸應(yīng)用技術(shù)。

芯片霸主 Intel 公司負(fù)責(zé)半導(dǎo)體芯片和傳輸軟件的開(kāi)發(fā)，愛(ài)立信負(fù)責(zé)無(wú)線射頻和移動(dòng)電話軟件的開(kāi)發(fā)， IBM 和東芝負(fù)責(zé)筆記本電腦接口規(guī)格的開(kāi)發(fā)。

1999 年下半年，著名的業(yè)界巨頭微軟、摩托羅拉、三星、朗訊與藍(lán)牙特別小組的五家公司共同發(fā)起成立了藍(lán)牙技術(shù)推廣組織，從而在全球范圍內(nèi)掀起了一股“藍(lán)牙”熱潮。

全球業(yè)界即將開(kāi)發(fā)一大批藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品， 使藍(lán)牙技術(shù)呈現(xiàn)出極其廣闊的市場(chǎng)前景，并預(yù)示著 21 世紀(jì)初將迎來(lái)波瀾壯闊的全球無(wú)線通信浪潮。

• 第一代藍(lán)牙：關(guān)于短距離通訊早期的探索，使用的是BR技術(shù)，此時(shí)藍(lán)牙的理論傳輸速率，只能達(dá)到721.2Kbps。

• 第二代藍(lán)牙：新增的 EDR（Enhanced Data Rate）技術(shù)，使得藍(lán)牙設(shè)備的傳輸率可達(dá) 3Mbps。

• 第三代藍(lán)牙：核心是 AMP（Generic Alternate MAC/PHY），這是一種全新的交替射頻技術(shù)，支持動(dòng)態(tài)地選擇正確射頻，傳輸速率高達(dá) 24Mbps

• 第四代藍(lán)牙：主推” Low Energy”低功耗， BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗功能

• 第五代藍(lán)牙：開(kāi)啟「物聯(lián)網(wǎng)」時(shí)代大門(mén)，在低功耗模式下具備更快更遠(yuǎn)的傳輸能力

藍(lán)牙協(xié)議包括兩種技術(shù)：BR：Basic Rate和LE：Low Energy。這兩種技術(shù)都包括搜索（discovery）管理、連接（connection）管理等機(jī)制，但它們是不能互通的！

廠商如果只實(shí)現(xiàn)了一種，那么只能與同樣實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的設(shè)備互通。

如果廠商要確保能和所有的藍(lán)牙設(shè)備互通，那么就只能同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)，而不去管是否真的需要。

BR：Basic Rate是正宗的藍(lán)牙技術(shù)，可以包括可選（optional）的EDR（Enhanced Data Rate）技術(shù)，以及交替使用的（Alternate）的MAC（Media Access Control）層和PHY層擴(kuò)展（簡(jiǎn)稱(chēng)AMP（Alternate MAC and PHY layer extension））。

• BR：最早期的藍(lán)牙技術(shù)，速度只能達(dá)到721.2Kbps，在那個(gè)年代，已為高大上了。

• EDR：隨著技術(shù)的提升，使用EDR技術(shù)的藍(lán)牙，理論速率可以達(dá)到2.1Mbps。

• AMP：使用AMP技術(shù)的藍(lán)牙，理論速率可以達(dá)到54Mbps。

AMP的Alternate交替使用體現(xiàn)在：由于藍(lán)牙自身的物理層和AMP技術(shù)差異太明顯，BR/EDR和AMP是不能同時(shí)使用的。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是：BR和EDR是可以同時(shí)存在的，但BR/EDR和AMP只能二選一

上面所講的BR技術(shù)的進(jìn)化路線，就是傳輸速率的加快、加快、再加快。但能量是守恒的，你想傳的更快，代價(jià)就是消耗更多的能量。而有很多的應(yīng)用場(chǎng)景，并不關(guān)心傳輸速率，反而非常關(guān)心功耗。這就是Bluetooth LE（稱(chēng)作藍(lán)牙低功耗）產(chǎn)生的背景。

從它的英文名字上就可以看出它是一種低功耗藍(lán)牙技術(shù)，是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售的一種個(gè)人局域網(wǎng)技術(shù)，旨在用于醫(yī)療保健、運(yùn)動(dòng)健身、信標(biāo)、安防、家庭娛樂(lè)等領(lǐng)域的新興應(yīng)用。

低功耗藍(lán)牙與經(jīng)典藍(lán)牙使用相同的2.4GHz無(wú)線電頻率，因此雙模設(shè)備可以共享同一個(gè)天線。低功耗藍(lán)牙使用的調(diào)制系統(tǒng)更簡(jiǎn)單。

LE技術(shù)相比BR技術(shù)，差異非常大，或者說(shuō)就是兩種不同的技術(shù)，湊巧都加一個(gè)“藍(lán)牙”的前綴而已。

目前BLE主要廣泛應(yīng)用于IoT產(chǎn)品領(lǐng)域。

市面上，大致有幾種藍(lán)牙架構(gòu)

一般是半導(dǎo)體廠商半開(kāi)源協(xié)議棧，把開(kāi)發(fā)的藍(lán)牙協(xié)議棧直接燒寫(xiě)到藍(lán)牙芯片中，（比如CSR BC4/5,CSR8670,CSR8675,TI CC2540，NRF51xxx，NRF52xxx，樂(lè)鑫ESP32等等），架構(gòu)如下：

此類(lèi)芯片一般可以直接做為MCU用，這類(lèi)產(chǎn)品一般用于消費(fèi)類(lèi)電子，集成度很高，調(diào)調(diào)部參數(shù)可以直接使用，常見(jiàn)的有藍(lán)牙耳機(jī)。

在集成好的藍(lán)牙芯片基礎(chǔ)上，通過(guò)特定的接口（UART居多），發(fā)送自定義的command來(lái)達(dá)到想要的功能。比如發(fā)送0x01代表搜索周?chē)O(shè)備......

此部分的應(yīng)用，將藍(lán)牙作為一個(gè)外設(shè)使用，用于遠(yuǎn)程通信.

這種應(yīng)用算是藍(lán)牙最復(fù)雜的應(yīng)用，客戶(hù)需要使用藍(lán)牙的場(chǎng)景有很多，牽涉到的藍(lán)牙協(xié)議也有很多，需要將Host與Controller分開(kāi)，集成更多的藍(lán)牙協(xié)議，比如藍(lán)牙電話（HFP），藍(lán)牙音頻（A2DP），藍(lán)牙音樂(lè)控制（AVRCP），藍(lán)牙電話本（PBAP），藍(lán)牙短信（MAP）等。

其中Transport是一個(gè)協(xié)議，H2就是在USB的基礎(chǔ)上的協(xié)議，H4,H5,BCSP是UART基礎(chǔ)上的協(xié)議，當(dāng)然還有SDIO。

此部分應(yīng)用，將定制藍(lán)牙的各種服務(wù)，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙多功能需求。

大概列舉了以下幾種，幫助理解：

• 手機(jī)的藍(lán)牙復(fù)雜應(yīng)用，注定要用第3種方案，也就是藍(lán)牙協(xié)議棧（host）在主芯片中，藍(lán)牙芯片為HCI架構(gòu)的。

• 藍(lán)牙音響，藍(lán)牙耳機(jī)：此種應(yīng)用一般用單芯片方案就能hold住，比如CSR8670/8675/杰理藍(lán)牙等，好處在于開(kāi)發(fā)便捷。

• 藍(lán)牙手表：要看功能復(fù)雜性，如果僅僅有時(shí)間顯示，傳感器交互，那么可以選擇單芯片方案（也就是方案1），如果有網(wǎng)絡(luò)等比較復(fù)雜的功能就要使用MCU+藍(lán)牙芯片方案（也就是方案3）了

• 藍(lán)牙手環(huán)，藍(lán)牙心率帶等：基本上是單芯片方案