蓝牙( Bluetooth® ):是一种无线技术标准,可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换(使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波)。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制,当时是作为RS232数据线的替代方案。蓝牙可连接多个设备,克服了数据同步的难题。
如今蓝牙由蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group,简称SIG)管理。蓝牙技术联盟在全球拥有超过25,000家成员公司,它们分布在电信、计算机、网络、和消费电子等多重领域。IEEE将蓝 牙技术列为IEEE 802.15.1,但如今已不再维持该标准。蓝牙技术联盟负责监督蓝牙规范的开发,管理认证项目,并维护商标权益。制造商的设备必须符合蓝牙技术联盟的标 准才能以“蓝牙设备”的名义进入市场。蓝牙技术拥有一套专利网络,可发放给符合标准的设备。
低功耗蓝牙即BLU是蓝牙4.0的核心规范,该技术最大特点是最大化的待机时间、快速连接和低峰值的发送/接收功耗。蓝牙低功耗设备使用一粒纽扣电池可以连续工作数年之久,可应用与对成本和功耗都有严格要求的无线方案,而且随之智能机的发展将有着更加广泛的领域。基于BLE的无线网络所使用的工作频段为868MHz、915MHz和2.4GHz,最大数据传输速率为250kbps。
Bluetooth 4.0是Bluetooth从诞生至今唯一的一个综合协议规范,提出了低功耗蓝牙、传统蓝牙和高速蓝牙三种模式。其中高速蓝牙主攻数据交换与传输,传统蓝牙则以信息沟通、设备连接为重点,蓝牙低功耗顾名思义,以不需占用太多带宽的设备连接为主。这三种协议规范还能够互相组合搭配、从而实现更广泛的应用模式。
其中:
☆Smart Ready可以和Smart Ready、传统蓝牙,以及Smart之间相互连接和通信。
☆传统蓝牙可以和Smart Ready、传统蓝牙之间连接和通信
☆Smart可以和Smart、Smart Ready之间连接和通信
低功耗蓝牙的体系结构可分成三个基本单元:控制器、主机和应用程序。控制器通常是一个物理设备,它能够发送和接收无线电信号,并懂得如何将这些信号翻译成携带信息的数据包。主机通常是一个软件栈,管理两台或多台设备间如何通信以及如何利用无线电同时提供几种不同的服务。应用程序则使用软件栈,进而使控制器来实现用户实例。
在控制器内既有物理层和链路层,以有直接测试模式和主机控制器接口(HCI)层的下半部分。在主机内包含三个协议:逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)、属性协议(AP)和安全管理器协议(SMP),此外还包括通信属性规范(GATT)、通用访问规范(GAP)和模式(Mode)。
作为一种通用的无线通信技术,规范自然是蓝牙技术的核心。蓝牙规范可分为两个层次,核心规范和应用规范,其中:
Core Specification(核心规范),用于规定蓝牙设备必须实现的通用功能和协议层次。它由软件和硬件模块组成,两个模块之间的信息和数据通过主机控制接口(HCI)的解释才能进行传递,如下所示
Profiles(蓝牙应用规范),它从应用场景的角度为蓝牙技术的使用制定了不同的规范。这也是和大众日常生活接触最多的一部分。
当前主流蓝牙BLE控制芯片有:TI CC2540 、CSR BC6130、创杰 IS1685S 、Nordic nRF51822、Dialog DA14580。而FireBUE使用的是NXP的QN9021。
QN902x是一款超低功耗、高性能和高集成度的蓝牙v4.0低能耗(BLE)解决方案,适合于运动/保健、人机接口设备和支持应用程序的智能配件之类的蓝牙智能应用。它尤其适合于可穿戴电子设备,并且可在纽扣电池之类的小容量电池上运行。QN902x将一个BLE无线电、控制器、协议栈和配置软件集成于单个芯片上,从而可以灵活、简单地使用BLE SoC解决方案。此外,它还包括一个高性能MCU和片内存储器,支持用户开发单芯片无线MCU解决方案。用户还可以通过连接至应用处理器将QN902x用作网络处理器,以实现更高级的应用。QN902x的工作电源范围为2.4 V至3.6 V,在所有模式下均具有非常低的功耗,从而可以延长电池供电系统的使用寿命并保持出色的射频性能。它的系统框架如下所示:
QN9021基于Cortex-M0架构的32位处理器,可外接16M/32MHz晶振和低功耗下的32.768k的低频晶振。SRAM为64k,Flash为128K,该芯片把系统内核以及协议栈等内容都封装进了一个96K的ROM里面。片内有4通道的12位ADC、2个32位的定时器和2个16位的定时器,2路单独的PWM输出、同时也具备有UART、SPI、IIC 等通用外设接口。GPIO引脚分成4组,同时GPIO针脚可用作中断源;由AIN0-3,组成4通道10位通用ADC;两个通用模拟比较器;掉电检测器;电池监控和温度传感器;AES-128安全协处理器等。即具有丰富的外设资源: