蓝牙架构简介

蓝牙芯片架构

蓝牙芯片架构
蓝牙的核心系统，由一个Host和一个或多个Controller组成。

Host是核心架构中的逻辑实体，负责处理上层协议栈和应用逻辑，与底层的Controller（控制器）通过HCI（Host Controller Interface）交互。其功能覆盖协议管理、安全机制、服务定义等多个维度

蓝牙Host包含以下关键协议层与模块：

L2CAP（逻辑链路控制与适配协议）
- 功能：提供协议复用、数据分段重组、流控及差错控制，为上层提供可靠传输接口。例如，支持ACL链路的大文件传输和SCO链路的实时语音流
- 特性：支持面向连接（如音频流）和无连接（如广播数据）的传输模式
SMP（安全管理协议）
- 功能：管理配对流程（如Just Works、Passkey Entry）、加密密钥生成（如STK/LTK）及链路安全等级（Level 1-4
- 安全机制：支持传统配对（AES-CMAC）与安全配对（ECDH），提升抗中间人攻击（MITM）能力
GAP（通用访问规范）
- 角色管理：定义设备角色（中央设备Central、外围设备Peripheral、广播者Broadcaster、观察者Observer），控制设备发现、连接建立及广播参数配置
ATT（属性协议）
- ATT：基于客户端-服务器模型，定义属性的读写、通知（Notify）和指示（Indicate）操作
GATT（通用属性规范）
- 构建服务（Service）、特征（Characteristic）和描述符（Descriptor）的层次化结构，支持标准化数据交互（如心率监测、电池状态服务

物理层（PHY Layer）
- 频段与调制：
  工作在2.4GHz ISM频段，经典蓝牙（BR/EDR）使用79个1MHz信道，BLE（低功耗蓝牙）使用40个2MHz信道。
- 采用GFSK（高斯频移键控）调制（经典蓝牙）或LE Coded PHY（BLE长距离模式）。
链路层（Link Layer, LL）
- 状态机管理：
  - 经典蓝牙：维护ACL（异步无连接）和SCO（同步面向连接）链路，支持多设备时分复用（TDD）。
  - BLE：定义5种设备状态（Standby、Advertising、Scanning、Initiating、Connected），优化低功耗场景。
- 跳频机制：
  - 经典蓝牙使用1600次/秒的快速跳频
  - BLE采用自适应跳频（Adaptive Frequency Hopping, AFH）。
主机控制接口（HCI）
- 协议桥梁：将Host的命令（如连接请求）转换为Controller的射频操作，同时上报事件（如连接完成、数据接收）。
- 传输接口：支持UART、USB、SDIO等物理接口，HCI数据包格式包括Command Packet、Event Packet和Data Packet。

蓝牙Controller作为协议栈的底层执行实体，根据支持的协议类型、应用场景及硬件架构的不同，可分为多种类型，其核心模块设计也各有差异

BR/EDR Controller（经典蓝牙控制器）：内部包含Radio, Baseband，Link Manager，可选的HCI
LE Controller（低功耗蓝牙控制器）：内部包含LE PHY，Link Layer ，可选的HCI
BR/EDR & LE双模Controller：BR/EDR与LE的组合的控制器
AMP Controller（高速控制器）：二级控制器，可替代的，内部包含 802.11 PAL (Protocol Adaptation Layer)，802.11 MAC，PHY，可选的HCI。

由于蓝牙的核心系统，由一个Host和一个或多个Controller组成。所以常见的蓝牙芯片也分为以下几种

它们的架构组成就有有一下几种

蓝牙host与controller组合图