搞定蓝牙——第一篇(蓝牙发展史与简述)

1 引言

蓝牙大家都知道吧，就是无线设备的一种呗。无线设备就是将数据通过电磁波来传输。但是双方的蓝牙设备是怎么识别这些数据的意义的呢，当然是通过人为预先定义好的规则来传输这些数据，这些规则就称为蓝牙协议。

2 背景

2.1 开端

一天下午，哪吒收到了太乙真人送的一副宝贝，名叫“风火轮”，哪吒捣鼓了一下午，都没明白这玩意怎么用。太乙真人不知道手里拿了个什么东西，只见他按下手里的东西，“风火轮”就跑了起来，哪吒呆在原地瞪大双眼看着“风火轮”在跳起了舞，问起了太乙真人：好家伙，这是什么法术，快传授给我。太乙真人笑眯眯得说了句：这是蓝牙遥控技术…

2.2 历史

• 1998年的5月的一天，在一家屋子里聚集了5个“大佬”，成立了一个小组叫“特别兴趣小组”（英文缩写：SIG）秘密召开了一场会议，说要搞一个无线的通讯技术，这种技术要求通讯距离短、成本低。大家一致认为这是一项创新性技术，于是就使用了丹麦国王的名字(这位国王喜欢吃蓝莓，导致牙齿变蓝了)。
• 1999年：0.8、0.9、1.0版本，完成了SDP协定和TCS协定。
• 2001年：1.1版本，此时传输速率为0.7Mbps。
• 2003年：1.2版本，增加了五大功能
  1.为了增加安全性，增加了能屏蔽设备硬件地址的功能
2.为了减少射频信号的干扰，增加了适应性跳频功能(AFH)
3.为了提供QoS的音频的传输，增加了延伸同步连结导向信道功能(eSCO)
4.为了更快地连接蓝牙，增加了快速连接功能
5.增加了支持Stereo音效的传输功能，但只能单向
• 2004年：2.0版本，使用了EDR(Enhanced Data Rate)技术，提高了蓝牙传输的率(3Mbps)，并且使得功耗降低了，还支持了双工模式。
• 2007年推出了2.1版本，进一步降低了蓝牙功耗(Sniff Subrating省电功能)，增加了SSP配对模式，还支持了NFC近场通讯，用NFC可以快速配对两个蓝牙设备。
• 2009年：3.0版本，增加了四大功能
  1.增加了**Hight Speed**，蓝牙使用wifi实现高速传输，24Mbps
2.增加 AMP技术
3.增加了EPG增强电源控制技术，降低空闲功耗
4.增加了单向广播无连接数据技术
• 2010年：4.0版本，该版本增加了低功耗功能，提出了三种蓝牙模式：经典蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙。4.0之前的版本都为经典蓝牙，4.0之后的蓝牙芯片分为了“单模”和“双模”两种类型，“单模”的蓝牙芯片只有低功耗蓝牙，而“双模”的蓝牙芯片是低功耗蓝牙+经典蓝牙，使用“单模”蓝牙芯片无法兼容4.0以下版本。除此之外，通讯距离还提高到了100米。
• 2013年：4.1版本，软件上大幅修改，为蓝牙组网提供了基础。支持了云同步功能，增加了IPv6通道。支持角色互换，也就是说蓝牙手表可以直接和蓝牙体重秤连接并自主收发数据，而不需要手机作为数据枢纽。
• 2014年：4.2版本
  1.提高了传输速度。
2.开始支持6LoWPAN，这种技术允许多个蓝牙设备通过一个终端连入到网络，为物联网提供了更多可能。
3.增加了LE链接的安全性
4.增加了隐私保护
• 2016年：5.0版本
  1.增加低功耗模式下传输距离(300米)
2.增加低功耗模式下传输速率(2Mbps)
3.支持室内定位
4.增加Mesh组网功能
• 2017年：增加蓝牙Mesh组网技术，适用于4.0之后的芯片
• 2019年：5.1版本，提高了室内定位的精度(厘米级)
• 2019年：5.2版本，增加 BLE audio，LC3 的编解码方式
• 2021年：5.3版本，降低低功耗蓝牙功耗，增加了经典蓝牙的安全性

3 蓝牙方案

蓝牙技术是包含了硬件芯片、软件程序的，软件程序的指导思想就是协议栈。所以一个设备要实现蓝牙通讯，其一要有支持无线射频功能的硬件电路，其二要有能跑蓝牙协议栈的软件程序。这两部分可以集合到一个芯片里面，也可以分成两个芯片处理。

3.1 SOC蓝牙

也就是MCU蓝牙，一个芯片集合了两个部分，芯片集合了MCU和蓝牙芯片，厂家也把蓝牙协议栈和应用程序已经烧录到蓝牙芯片里了。有这些：CSR BC4/5,CSR8670,CSR8675,TI CC2540，NRF51xxx,NRF52xxx，乐鑫 ESP32 等等。
架构如下：

3.2 SOC蓝牙+MCU

这种是在单SOC蓝牙方案上增加一个或者多个MCU运行应用程序。一般在单芯片方案性能达不到的情况下使用这种方案。架构如下：

3.3 蓝牙host+controller分开

这种方案是将蓝牙硬件部分和协议栈程序部分分开两个芯片运行。这种方案最复杂，主要是协议栈程序复杂，能满足所有蓝牙产品的开发需求。