泰凌微電子藍牙設備發(fā)現(xiàn)概述

藍牙技術自1998年問世以來，已經(jīng)成為現(xiàn)代通信技術中不可或缺的一部分。它允許不同設備之間通過無線信號進行通信，極大地方便了我們的日常生活。在藍牙技術中，設備發(fā)現(xiàn)（Inquiry）是一個重要的概念，它涉及到設備如何相互識別和建立連接。本文將對藍牙設備發(fā)現(xiàn)過程進行解析，幫助讀者更好地理解這一技術。

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什么是設備發(fā)現(xiàn)？

我們在日常使用手機去連接其它如藍牙耳機等藍牙設備前，一般需要先在手機上搜索到需要的設備，這一步就是設備發(fā)現(xiàn)，也叫查詢（inquiry）。而相應的藍牙設備也需要進入被查詢模式，也就是查詢掃描（inquiry scan），只有這樣才會被手機等設備搜索到。

圖1. windows的藍牙設備發(fā)現(xiàn)界面

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設備發(fā)現(xiàn)工作原理

在設備發(fā)現(xiàn)過程中，查詢設備會每隔312.5us選擇一個新的頻點來發(fā)送查詢，也就是說在一個tx slot(625us)中，查詢設備會以不同的頻點發(fā)送兩次查詢，而被查詢設備會每隔1.28秒選擇一個新的監(jiān)聽頻點，所以只要查詢一段時間就總會有兩者頻點相同的時候，查詢和被查詢設備使用通用查詢接入碼(GIAC,General Inquiry Acess Code)LAP(Low Address Part),作為查詢地址,GIAP LAP為0x9E8B33。藍牙標準規(guī)定不允許任何藍牙設備使用與GIAP LAP一樣的地址。產(chǎn)生的32個查詢跳頻序列(Inquiring hopping sequence) 均勻分布在79個頻率信道上。

查詢設備會通過發(fā)送ID包來進行查詢，ID包由查詢訪問碼(IAC)組成，固定68bits長，在上文也提到查詢和被查詢設備使用通用查詢接入碼(GIAC)，因此可以和配對時發(fā)出的ID包區(qū)分開。在標準模式下，當被查詢設備接收到一個ID包后，會在一個slot(625us)后回復一個FHS包，這個包包含了設備類型、設備地址和發(fā)送者的時鐘，如果查詢模式為返回帶RSSI格式或者額外查詢結果模式，那么被查詢設備就會在FHS包之后2 slot(1250us)發(fā)送一個Extended_inquiry_response_packet包，其中會包含設備名字、RSSI等信息。

圖2. 收到第一個或第二個ID包進行響應的時序

我們以一塊泰凌B91開發(fā)板為例來直觀地看一下設備發(fā)現(xiàn)的過程。

圖3. B91開發(fā)板

我們先給開發(fā)板燒錄提前編譯好的測試固件，然后用手機去搜索附近的藍牙設備，并用藍牙抓包器抓取空中包，通過抓包器我們可以清楚地看到，在開發(fā)板收到ID包625us后發(fā)出了FHS包，之后跟著又發(fā)出了一個EIR包，與圖2協(xié)議規(guī)定的時序完全一致。

圖5. 抓包器抓取到的inquiry過程

通過解析包內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)HS包中包含了設備類型，時鐘等信息，而EIR包則包含了設備名稱。

圖6. FHS包內(nèi)容

圖7. EIR包內(nèi)容

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HCI指令

在藍牙中host通過HCI指令來控制controller的行為，在設備發(fā)現(xiàn)流程中也需要用到多條HCI指令。

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HCI_inquiry

查詢設備可以使用這條指令來啟動inquiry，這個指令需要填入三個參數(shù)，分別是LAP：一般為0x9e8b33(GIAC)，inquiry_length：搜索多長時間，num_response：可以搜索多少個設備，范圍0~255，如果是0，就是沒有限制，搜索多少個就上報給host多少個。

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HCI_Inquiry_Cancel

host可以發(fā)送這條指令來提前停止搜索。

3.3

HCI_Write_Inquiry_Mode

host使用這條指令來設置inquiry的模式，這將會決定搜索到的設備是否返回RSSI、設備名等信息。

3.4

HCI_Write_Scan_Enable

被搜索設備使用這條指令來開啟或關閉scan狀態(tài)，這條指令不僅可以開啟inquiry scan還可以開啟page scan，開啟page scan后設備將允許被連接。

3.5

HCI_Write_Inquiry_Scan_Activity

這條指令用來設置inquiry scan的窗口時間和窗口間隔，controller會自動隔一段時間打開一次窗口，只有在打開窗口期間才能收到對方發(fā)來的inquiry ID包，因此窗口時間越長，窗口間隔越短越容易被其它設備搜索到，需要注意的是，窗口時間必須要小于等于窗口間隔。

3.6

HCI_Write_Extended_Inquiry_Response

被查詢設備的host下發(fā)這個指令后，查詢設備就可以在搜索到后拿到設備名字等信息，否則后續(xù)就只能通過HCI_Remote_Name_Request指令來獲取slave的名字。

設備發(fā)現(xiàn)是藍牙連接過程中的重要一步，它允許我們查找周圍可被連接的設備，并且可以靈活地配置查詢的參數(shù)，從而使我們下一步方便地在不同設備之間建立連接。泰凌基于TLSR951x和TLSR952x系列SoC芯片自研的藍牙協(xié)議棧，得益于芯片本身具備的超低功耗工作模式，實現(xiàn)了帶低功耗的Inquiry和Inquiry Scan模式，可以將設備發(fā)現(xiàn)過程芯片整機功耗降低到3mA以下，能夠滿足對功耗極度敏感的應用場景。