解析經(jīng)典藍(lán)牙設(shè)備連接過程

隨著越來越多的經(jīng)典藍(lán)牙設(shè)備應(yīng)用在我們的生活和工作中，該類設(shè)備的使用場景和相關(guān)設(shè)計(jì)也更加豐富。與此同時(shí)，泰凌微電子作為藍(lán)牙芯片的源頭廠商，在經(jīng)典藍(lán)牙SoC性能提升及方案設(shè)計(jì)的產(chǎn)出也日新月異；在實(shí)際應(yīng)用中，藍(lán)牙設(shè)備發(fā)現(xiàn)、連接、斷開等使用場景較為常見，其中設(shè)備連接是至關(guān)重要的一環(huán)，它涵蓋了設(shè)備之間建立連接的整個(gè)過程。本文將對(duì)經(jīng)典藍(lán)牙設(shè)備連接過程進(jìn)行解析，帶大家一起了解連接的整個(gè)過程。

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什么是設(shè)備連接？

什么設(shè)備連接？例如，我們?cè)谌粘Ｊ褂?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)去連接其它如藍(lán)牙耳機(jī)等藍(lán)牙設(shè)備時(shí)，搜索到所需的設(shè)備后，點(diǎn)擊該設(shè)備就會(huì)觸發(fā)設(shè)備連接過程，也叫尋呼（Page）。而相應(yīng)的藍(lán)牙設(shè)備也需要進(jìn)入被尋呼模式，也就是連接掃描（Page Scan），只有這樣才會(huì)被手機(jī)等設(shè)備連接成功。如下圖，點(diǎn)擊Telink-Test設(shè)備即開始了連接過程。

圖1.手機(jī)上搜索到Telink-Test設(shè)備

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設(shè)備連接的流程

圖2.藍(lán)牙規(guī)范中的設(shè)備狀態(tài)

首先，如上圖Page和Page Scan為藍(lán)牙的兩個(gè)子狀態(tài)，其中Page為我們通常認(rèn)為的連接（尋呼）；在設(shè)備發(fā)現(xiàn)之后，該子狀態(tài)能以Master的角色進(jìn)行連接/操作對(duì)應(yīng)的Slave。設(shè)備，連接時(shí)依賴于發(fā)現(xiàn)過程中獲取到的對(duì)端設(shè)備地址；而Page Scan子狀態(tài)是和Page相對(duì)應(yīng)的，即等待將被Page的Slave設(shè)備所處的狀態(tài)。設(shè)備處于Page Scan的狀態(tài)是其可被連接的前提。

開啟Page時(shí)，Master(即Page設(shè)備)使用Slave（即Page Scan設(shè)備）的設(shè)備地址(BT_ADDR)及其CLOCK時(shí)鐘作為算法參數(shù)生成跳頻序列(paging –hopping sequence)，該序列是一個(gè)定義明確的周期序列，其各個(gè)頻點(diǎn)均勻分布在2.4G的79個(gè)頻率信道上?；谔l序列，Master每隔312.5us會(huì)更新一個(gè)新的頻率信道以發(fā)送ID包；而Slave則每隔1.28s更新一次監(jiān)聽頻率信道，以便在較短時(shí)間內(nèi)接收到來自Master的ID包。

下面以一塊泰凌微電子B91開發(fā)板為例，簡述設(shè)備連接過程。

圖3. B91開發(fā)板

首先，給開發(fā)板燒錄提前編譯好的測試固件，然后用手機(jī)去搜索并連接對(duì)應(yīng)的藍(lán)牙設(shè)備，用藍(lán)牙抓包器抓取空中包，通過抓包內(nèi)容我們可以對(duì)應(yīng)藍(lán)牙協(xié)議解析如下內(nèi)容：

圖4.藍(lán)牙規(guī)范中的連接步驟

圖5.藍(lán)牙規(guī)范中的連接時(shí)序圖

圖6.空中包連接時(shí)序圖

Step1：當(dāng)Master處于Page子狀態(tài)，Slave處于Page Scan子狀態(tài)，Master發(fā)送page message 即ID包；

Step2：當(dāng)Slave接收到page message后，會(huì)進(jìn)入slave response狀態(tài)，Slave會(huì)發(fā)送response（接收到page message以后625us），Slave發(fā)送response后，會(huì)開始監(jiān)聽來自Master的FHS數(shù)據(jù)包；

Step3：當(dāng)Master接收到response以后，Master會(huì)進(jìn)入master response狀態(tài)，Master會(huì)發(fā)送FHS數(shù)據(jù)包（包含了Master的時(shí)鐘、地址、COD等信息）；完成后，Master會(huì)監(jiān)聽來自Slave的response；

Step4：Slave接收到來自master的FHS數(shù)據(jù)包，Slave會(huì)回復(fù)一個(gè)response通知Master接收到了FHS數(shù)據(jù)包。

Step5：Slave進(jìn)入CONNECTION狀態(tài)，Master接收到Slave的response后也會(huì)進(jìn)入CONNECTION狀態(tài)，然后Master發(fā)送一個(gè)POLL數(shù)據(jù)包。

Step6：Slave接收到POLL數(shù)據(jù)包后，可能回復(fù)任何類型的數(shù)據(jù)包。

以上6步完成后，標(biāo)志整個(gè)的連接過程已經(jīng)成功并結(jié)束，后續(xù)會(huì)進(jìn)行鏈路管理階段。

圖7.FHS包內(nèi)容

如果遠(yuǎn)端設(shè)備即Slave端在設(shè)置的超時(shí)時(shí)間內(nèi)（對(duì)應(yīng)參數(shù)Page_Timeout）沒有返回Page Response時(shí)，則Master會(huì)觸發(fā)Page Timeout事件，即連接失敗。

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設(shè)備連接對(duì)應(yīng)的HCI指令

經(jīng)典藍(lán)牙連接過程中涉及到的HCI指令及相關(guān)參數(shù)如下：

3.1

HCI_Create_Connection

3.2

HCI_Read_Page_Timeout

該指令用于讀取當(dāng)前的Page_Timeout 參數(shù)；

3.3

HCI_Write_Page_Timeout

該指令用于設(shè)置Page_Timeout 參數(shù)；

3.4

HCI_Read_Page_Scan_Activity

該指令用于讀取Page Scan過程的狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)；

3.5

HCI_Write_Inquiry_Scan_Activity

該指令用于設(shè)置Page Scan的狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)；

3.6

參數(shù) Page_Timeout

3.7

參數(shù) Page_Scan_Interval

3.8

參數(shù) Page_Scan_Window

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綜述

設(shè)備連接是整個(gè)藍(lán)牙技術(shù)不可或缺的一部分。該部分的設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)產(chǎn)品需求調(diào)整Page Scan interval、Page Scan window、Page Scan Type等相關(guān)參數(shù)以均衡連接速度、功耗、帶寬等方面。目前泰凌微電子的TLSR951x和TLSR952x兩個(gè)系列SoC芯片均支持經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)，其基于自研的藍(lán)牙協(xié)議棧，得益于芯片本身具備的超低功耗工作模式，實(shí)現(xiàn)了帶低功耗的Page和Page Scan模式；同時(shí)兼具BT與BLE雙模共存，多路BT共存等多種方案，其涵蓋了同一設(shè)備電話、音樂下的設(shè)備連接，多路同時(shí)連接等較為復(fù)雜的場景設(shè)計(jì)，為復(fù)雜多樣的客戶產(chǎn)品需求提供了有力支撐。

審核編輯：彭菁