深入浅出低功耗蓝牙(BLE)协议栈

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年第11期 41

图9 ITUG.7032048kb/s接口脉冲波形模板

定可靠,具有较高的抗干扰性能,能够很好地满足电力系

统保护通信系统的工程需要,同时本文提到的设计方案和

电路实现细节对其他应用场合的E1接口设计也具有广

泛的指导意义。参考文献

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刘宇.多通道EOPDH/EoS网桥芯片的FPGA设计[J].中国

集成电路,2011(11):3943.

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贾秋成.手机电磁兼容测试技术研究[D].苏州:苏州大学,2015.

胡凯利(工程师),主要研究方向为嵌入式硬件开发;王振华(高级工

程师),主要研究方向为电力系统继电保护硬件平台开发;汤洋(工

程师),主要研究方向为电力系统继电保护通信软件开发;吕玄兵

(工程师),主要研究方向为FPGA程序开发。

(责任编辑:薛士然 收稿日期:2018-09-03)

Arm发布量产就绪开源低功耗蓝牙软件协议栈,助力释放物联网创新活力

Arm

推出ArmMbedCordio

协议栈———全球首款开源、高可靠(fully-qualified)量产就绪低功耗蓝牙软件

协议栈。凭借低功耗蓝牙的强大连接性,该产品可为开发人员开发全新物联网解决方案提供更大的灵活性。

深⼊浅出低功耗蓝⽛（BLE）协议栈

BLE协议栈为什么要分层？怎么理解BLE“连接”？如果BLE协议只有ATT层没有GATT层会发⽣什么？

协议栈框架

⼀般⽽⾔，我们把某个协议的实现代码称为协议栈（protocol stack），BLE协议栈就是实现低功耗蓝⽛协议的代码，理解和掌握BLE协议是

实现BLE协议栈的前提。在深⼊BLE协议栈各个组成部分之前，我们先看⼀下BLE协议栈整体架构。

如上图所述，要实现⼀个BLE应⽤，⾸先需要⼀个⽀持BLE射频的芯⽚，然后还需要提供⼀个与此芯⽚配套的BLE协议栈，最后在协议栈上

开发⾃⼰的应⽤。可以看出BLE协议栈是连接芯⽚和应⽤的桥梁，是实现整个BLE应⽤的关键。那BLE协议栈具体包含哪些功能呢？简单来

说，BLE协议栈主要⽤来对你的应⽤数据进⾏层层封包，以⽣成⼀个满⾜BLE协议的空中数据包，也就是说，把应⽤数据包裹在⼀系列的帧

头（header）和帧尾（tail）中。具体来说，BLE协议栈主要由如下⼏部分组成：

PHY层（Physical layer物理层）。PHY层⽤来指定BLE所⽤的⽆线频段，调制解调⽅式和⽅法等。PHY层做得好不好，直接决定整个

BLE芯⽚的功耗，灵敏度以及selectivity等射频指标。

LL层（Link Layer链路层）。LL层是整个BLE协议栈的核⼼，也是BLE协议栈的难点和重点。像Nordic的BLE协议栈能同时⽀持20个

link（连接），就是LL层的功劳。LL层要做的事情⾮常多，⽐如具体选择哪个射频通道进⾏通信，怎么识别空中数据包，具体在哪个

时间点把数据包发送出去，怎么保证数据的完整性，ACK如何接收，如何进⾏重传，以及如何对链路进⾏管理和控制等等。LL层只负

责把数据发出去或者收回来，对数据进⾏怎样的解析则交给上⾯的GAP或者GATT。HCI（Host controller interface）。HCI是可选的（），HCI主要⽤于2颗芯⽚实现BLE协议栈的场合，⽤来规范两者之间的通信协议和通信命令等。GAP层（Generic access profile）。GAP是对LL层payload（有效数据包）如何进⾏解析的两种⽅式中的⼀种，⽽且是最简单的那⼀

ＳＴ和柯马合作开发机器人创新方案　

意法半导体（ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，简称ＳＴ）与洞悉市　场趋势、致力于生态可持续发展的工业自动化及服务解决　

方案供应商柯马（Ｃｏｍａｕ），利用意法半导体的控制器、智　

能功率芯片（ｓｍａｒｔ—ｐｏｗｅｒ）与传感器产品开发新一代机器　

人解决方案。　双方的合作关系始于２００６年，目前最新的合作项目　

是利用执行器和传感器提高机器人对外界环境的感知能　

力与人机交互能力。柯马和意法半导体为此研发项目成　

立了一个专属新一代机器人研发团队，以最大限度地提升　能源效率和生产安全。最终目标是开发新一代机器人产　

品，利用意法半导体业界领先的ＭＥＭＳ技术赋予机器人　

人类的感知能力。　

意法半导体系统实验室／ＳＰＧ总经理Ｎｕｎｚｉｏ　Ａｂｂａｔｅ　表示：“智能执行（Ｓｍａｒｔ　Ａｃｔｕａｔｉｏｎ）和感测整合（Ｓｅｎｓｏｒ　

Ｆｕｓｉｏｎ）的整合是下一代工业自动化所面临的挑战，与柯　马的合作将有助于我们加快推出有突破性的机器人　技术。”　

柯马机器人事业部市场经理Ａｌｅｓｓｉｏ　Ｃｏｃｃｈｉ表示：“柯　

马和意法半导体的合作是一种优势互补，柯马业界公认的　

卓越技术以及致力于让世界变得更美好的承诺，相同的信　念促使两家公司成功合作，研发尖端的机器人技术。”　

意法半导体和柯马早在２００６年便成功将电子元器件　

从标准轨道上移到机器人躯体内。该创新的机器人原型　采用意法半导体的集成式电机驱动模块，在同一模块内集　

成电源管理、智能控制和实时通信（ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）　

功能，可提高机器人的性能，简化系统布线设计，是一个理　

想的机电式工业电机驱动器。　柯马最新的Ｒａｃｅｒ　７－１．４六轴人形机器人（ａｎｔｈｒｏｐｏ—　

ｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｒｏｂｏｔ）便是双方的合作成果。Ｒａｃｅｒ　７－１．４能够　移动７　ｋｇ有效载荷，最大水平伸展范围达到１．４　ｍ。艨　

Ｎｏｒｄｉｃ　ＩＰｖ６蓝牙智能协议栈实现　

蓝牙协议栈

蓝牙技术是一种无线通信技术，用于在短距离范围内传输数据。它是一种低功耗、低成本的通信方式，广泛应用于各种设备，如手机、耳机、音箱、车载系统等。蓝牙协议栈是蓝牙技术的核心组成部分，它定义了蓝牙设备之间的通信规则和协议。

蓝牙协议栈的组成

蓝牙协议栈主要由两个部分组成：控制器和主机。控制器负责物理层和链路层的处理，主机负责更高层的协议处理。两者共同工作，实现了蓝牙设备之间的无缝通信。

控制器

控制器是蓝牙协议栈的底层部分，负责处理物理层和链路层的功能。它由芯片实现，包含了一些硬件和软件模块。控制器主要完成以下功能：

• 物理层：控制器负责处理蓝牙设备之间的无线通信，包括无线信号的发送和接收、频率的控制等。

• 链路层：控制器负责处理链路层的功能，包括设备的连接、数据的传输、错误的处理等。

主机

主机是蓝牙协议栈的上层部分，负责更高层的协议处理。它运行在设备的操作系统上，通过软件实现。主机主要完成以下功能：

• L2CAP（逻辑链路控制和适配协议）：主机通过L2CAP协议提供了更高层的数据传输服务，包括数据的分段、重组、流控制等。

• GAP（通用访问配置）：主机通过GAP协议实现设备之间的连接管理，包括设备的发现、配对、连接等。

• GATT（通用属性规范）：主机通过GATT协议定义了设备之间的数据交换格式和规则，实现了设备之间的数据交互。

• 应用层：主机还可以根据具体的应用需求，实现特定的应用层协议，例如音频传输、文件传输等。

蓝牙协议栈的工作流程

蓝牙协议栈的工作流程可以分为以下几个阶段：

1. 设备发现：在这个阶段，设备通过广播自己的信息，让其他设备可以发现并进行连接。 2. 配对连接：当两个设备发现彼此后，它们可以进行配对连接。在配对连接过程中，设备会进行身份认证和加密操作，确保通信安全。

3. 服务发现：一旦设备建立了连接，它们可以通过GATT协议进行服务发现。设备可以查询对方提供的服务和特性，以确定可以进行的操作。