SensorTag学习开发随笔1_1 --BLE概念

wangfuchong

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看到这个帖子：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-420509-1-1.html

所以随便说说BLE的定义。

我也是初接触，也只是自己的猜测，说出来大家共同学习。错误之处请不吝指出。

我好像曾使用BLE4.0这样的称呼，主要为了方便随口这样叫。也许可能这样的称呼并不严格规范。

肯定，看到BLE，首先想到的应该是BLE是什么的缩写？

BLE，“Bluetooth LowEnergy”的缩写，汉译好像叫做“低功耗蓝牙”。

那么低功耗蓝牙（BLE）和一般的统称“蓝牙”是个什么关系具有什么特点呢？

蓝牙（Bluetooth），是一种无线个人局域网（Wireless PAN），最初由爱立信创制，后来由蓝牙技术联盟订定技术标准。来自古老北欧国王Harald Blåtand，借国王的姓“Blåtand”当名称，直接翻译成中文为“蓝牙”（Blå＝蓝、Tand＝牙）。

蓝牙（Bluetooth）一词是古北欧语Blåtand/Blåtann的一个英语化变体，蓝牙的标志是 ᚼ （Hagall，Runic letter）和 ᛒ （Bjarkan，Runicletter）的组合。

蓝牙的标志：

在2006年，蓝牙技术联盟组织（www.bluetooth.org）已将全球中文译名统一改采直译为“蓝牙”。

为什么当初起蓝牙这个名称呢？

网传据说因为这个第十世纪的丹麦国王喜欢吃蓝莓，牙龈每天都是蓝色的，所以叫蓝牙。

在行业协会筹备阶段，需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史和未来无线技术发展的讨论后，有些人认为用 Blatand 国王的名字命名再合适不过了。Blatand 国王将现在的挪威，瑞典和丹麦统一起来；他的口齿伶俐,善于交际,就如同这项即将面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，保持着各个系统领域之间的良好交流，例如计算，手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。

作为一种技术标准规范，由于不断的发展，产生了版本衍进。

蓝牙最早由爱立信公司（唉，我的第一个手机就是爱立信的，经典呀）于1994年始创。东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚于1998年共同创立了蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）。

目前，蓝牙已累计颁布了6个版本：V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0，其标准规格不断得到更新和加强。

版本区别：

蓝牙1.1 为最早期版本，传输率约在748~810kb/S，因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。

蓝牙1.2 同样是只有 748~810kb/S 的传输率，但在加上了抗干扰跳频功能。版本Class A 是用在大功率/远距离的蓝牙产品上，但因成本高和耗电量大，不适合作个人通讯产品之用(手机/蓝牙耳机/蓝牙 Dongle 等等)，故多用在部分商业特殊用途上. 版本Class B是最流行的制式，多用于手机内/蓝牙耳机/蓝牙 Dongle 的个人通讯产品上，耗电量和体积较细，方便携带。无论 1.1/1.2 版本的蓝牙产品，本身基本是可以支持 Stereo音效的传输要求，但只能够作（单工）方式工作，加上音带频率响应不太足够，并未算是最好之 Stereo 传输工具。

蓝牙2.0 版本蓝牙2.0 是 1.2 的改良提升版，其意义主要体现在用于 EDR（增强数据速率）扩展这个方面。（通常写成 BT2.0 +EDR）。如果使用 EDR，则可以增加带宽（比 BT 1.2 约高 3 倍）。传输率约在 1.8M/S~2.1M/S，可以有（双工）的工作方式。即一面作语音通讯，同时亦可以传输档案/高质素图片，2.0 版本当然也支持 Stereo 运作。虽然Bluetooth 2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。

蓝牙2.1 应用最为广泛的是Bluetooth2.0+EDR标准，虽然Bluetooth 2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。为了改善蓝牙技术存在的问题，蓝牙SIG组织（Special Interest Group）推出了Bluetooth 2.1+EDR版本的蓝牙技术，对配对流程进行了简化，同时加入了减速呼吸（sniff subrating）模式，大幅度降低了蓝牙芯片的工作负载，增强了节能效果。

蓝牙3.0 "(蓝牙核心规范3.0版高速)，蓝牙3.0的核心是"GenericAlternate MAC/PHY"(AMP)，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。蓝牙3.0的传输速度更高，而秘密就在IEEE 802.11无线协议上，是蓝牙2.0的八倍，可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的资料传输。功耗方面，通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消耗更多能量，但由于引入了增强电源控制(EPC)机制，再辅以802.11，实际空闲功耗会明显降低，蓝牙设备的待机耗电问题有望得到初步解决，高速蓝牙兼容传统蓝牙，程序可以在之间切换。

蓝牙4.0是传统蓝牙、高速蓝牙技术和低功耗蓝牙三种规格合而为一，分别，这三个规格可以组合或者单独使用。蓝牙4.0的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间、节能和设备种类上。拥有低成本，跨厂商互操作性，3毫秒低延迟、超长连接距离、AES-128加密等诸多特色此外，蓝牙4.0的有效传输距离也有所提升。

按照通信距离所有蓝牙可以分为两类：

　　a)Class A 是用在大功率/远距离的蓝牙产品上，但因成本高和耗电量大，不适合作个人通讯产品之用(手机/蓝牙耳机 /蓝牙 Dongle 等等)，故多用在部分商业特殊用途上，通讯距离大约在 80~100M 距离之间。

　　b)Class B 是目前最流行的制式，通讯距离大约在 8~30M 之间，视产品的设计而定，多用于手机内/蓝牙耳机/蓝牙 Dongle 的个人通讯产品上，耗电量和体积较小，方便携带。

根据蓝牙技术联盟组织（www.bluetooth.org）的声明，目前好像V1.1/1.2已经为作废标准，v2.0 +EDR正在作废处理中。

蓝牙4.0以前的版本，都有在便携设备上因过于耗电而无法长时间使用的弊病。

蓝牙低功耗技术是蓝牙 v4.0核心规范的组成部分，是其标志性组成功能。拥有以下特征：

超低的峰值、平均值和待机能耗；

使用标准纽扣电池足以运行数年；

低成本；

不同制造商的设备也能实现相互操作；

射程有所加强。

蓝牙低功耗使得蓝牙无线连接成为低成本、低容量电池即可操作需要数月甚至数年电池寿命的设备。蓝牙低功耗因而可使大量新的扩展应用能够从蓝牙无线技术中获益，包括手表、防盗钥匙扣、运动和健身传感器、医疗保健传感器和遥控器。根据蓝牙 SIG 指导原则，蓝牙低功耗技术可归为蓝牙智能标记类别。

如前所述，蓝牙4.0实际上是三种规格的整合，也即传统蓝牙和低功耗蓝牙的结合，并且可以组合或单独使用。核心体系结构如下图所示：

详细就不在本文中叙述了。

因为可以组合或者单独使用，所以蓝牙4.0规范定义了两类设备：双模（dual mode）设备能够支持低功耗蓝牙以及蓝牙BR/EAR（传统蓝牙技术），而单模（simple mode）设备仅支持低功耗蓝牙。

相应的芯片供应商如TI、CSR、Broadcom等相应的蓝牙4.0硬件芯片也分为两类。就TI来说，像CC2540/CC2541就是单模芯片，CC2560/2564就是双模芯片。SensorTag中使用的就是CC2541。

为了能够使用户快速识别蓝牙设备是否支持蓝牙4.0版本，蓝牙技术联盟组织（www.bluetooth.org）有增加了两个新的标志，所以蓝牙标志又多了两兄弟：

根据蓝牙技术联盟(SIG)的报告中指出，凡是只要贴上Bluetooth Smart Ready标志的手机、平板计算机、笔记本电脑，甚至是电视机…等等，都是使用蓝牙4.0版本的「双模」无线标准。而另一个标志Bluetooth Smart则是用在低功耗的蓝牙4.0版本「单模」无线标准上，适用于使用钮扣式电池的装置，像是心跳监测器、器步器和收集特定信息的传感器电子设备。

那么兼容关系是怎样的呢？

如图：

假如你的装置贴有表格左侧标志，那么它就能够与贴有右边标志的产品相链接。举例来说，现有装置上如果贴的是Bluetooth标志，就只能与贴有Bluetooth及Bluetooth SmartReady标志的装置做链接，无法与Bluetooth Smart装置链接哦！

如果用蓝牙通讯协议的方式表示就是：

现在回过头来看本人篇首提的那个链接的问题：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-420509-1-1.html

BLE，也许应该就是指蓝牙4.0中的单模模式，BLE4.0的提法似乎应该是不规范的说法，大家只要知道指什么就可以了，BLE应该只是指蓝牙4.0规范中的一部分而不能代替全指蓝牙4.0。

至于帖子中涉及到的另外一个连接识别问题应该在深入的部分讨论，本文仅介绍BLE是什么。

德州仪器(TI)公司推出的低功耗蓝牙开发套件SensorTag基于TI的低功耗蓝牙单模芯片CC2541，上面集成了6个常用传感器，包括压力传感器、湿度传感器、温度传感器、罗盘、加速计以及陀螺仪，可支持健康与保健、教育工具、玩具遥控以及手机附件等多种应用，是熟悉学习蓝牙4.0 BLE的有力工具。TI为套件开发了专门的App应用(支持iOS和Android系统)，这样设计人员不需要专门的嵌入式软件知识，通过智能手机或者平板电脑就可对所有传感器进行单独控制；应用的源代码可从TI的网站上下载，同时TI还提供免专利费的BLE-Stack软件与SensorTag配套使用；而在参考软件部分，无论是和传感器的连接还是蓝牙协议栈都已在CC2541上做好，用户不需要花太多时间在CC2541的软件设计。这样用户可以根据实际应用场合的需要，对传感器功能进行组合，开发出各种不同的应用场景。SensorTag还包含了很多低功耗蓝牙无线设计，很多客户对无线设计特别是天线设计没有太多经验，SensorTag可以提供一个很好的参考。TI通过了FCC、IC、ETSI认证，用户未来要想通过这些认证可以直接复制TI的设计，不需要花很多时间设计天线，这样认证时就可以节省很多时间。

欲进一步了解确切的概念定义规范，可参看官方的规范文档，蓝牙4.0的详细官方英文规范直接下载（目前地址）：

https://www.bluetooth.org/DocMan/handlers/DownloadDoc.ashx?doc_id=229737

附录：https://www.bluetooth.org/DocMan/handlers/DownloadDoc.ashx?doc_id=269452

呵呵，英文的，我英文菜，也没看呢。不过需要说明的是我也是新接触，本文系列只是仅供大家新手参考，切不可当作资料看待，也在学习的网友务必自己多找资料研习，并请不吝指出本文错误。

本文有抄袭网上的文字，懒呀

王福崇

wangfuchong@hotmail.com

2013.12.4

[ 本帖最后由 wangfuchong 于 2013-12-4 22:39 编辑 ]