蓝牙4.0必懂知识点总结

NOTE：Access Address与设备地址是不一样的。广告和数据有各自不同的PDU。

L2CAP提供可复用，分割和重组的面向连接或者无连接的数据服务。L2CAP数据包可以达到64K。L2CAP允许每个L2CAP通道流控和重传。

L2CAP的操作模式有五种：

ü  基本模式

ü  在流控模式，重传模式和增强重传模式，PDUs需要标序号以及确认。序号用来控制缓存。TxWindow大小用来限制缓冲区大小和（或者）提供流控的一个方法。

流控模式下，不会发生重传。但会检查PDUs丢失并报告。

ü  重传模式下，需要一个计时器来确保所有PDUs成功传输到对应设备。

ü  增强重传跟重传模式类似。它增加一个POLL位来请求远端设备应答，增加一个SREJ帧来提高错误发现效率，增加一个RNR帧代替R位来报告本地设备忙状态。

ü  流模式是一个等时传输。所有需要发送PDUs都进行标号，但不需要确认。在发送一侧，设定一个有限的超时时间。当超时时间到达，所有缓冲区的包都清除。在接收一侧，接收到一个新的PDU时，如果接收缓冲区满，则覆盖先前接收到的数据。丢失的PDU可以报告为丢失。本模式下，不使用TxWindow。

ü  B-frame

ü  G-frame

ü  S-frame

ü  I-frame

B-frame用于面向连接的通道数据传输。G-frame用于无连接的通道数据传输。I-frame和S-frame用于流控，重传和媒体流的数据传输。

典型的BLE中,外围设备发出包含设备地址(可能还有另外一些数据,例如设备名字)广告。中心设备接收到广告后，对外围设备发出扫描请求。外围设备会回复扫描响应。这就是设备发现流程。

发现设备之后，根据需要会发起连接请求。发起连接有三个重要参数。

ü  Connection Interval        该参数是指使用自适应跳频时，从上个信道传输完成到切换下一个信道的时间。该参数以1.25ms为一个单位，范围是6（7.5ms）到3200（4s）

ü  Slave Latency                    该参数是指从设备在没有数据传输的时候，可以自适应的选择忽略响应几个信道切换的时间。该参数以Connection Interval为参考，范围是从0到499.但是必须满足有效的通道切换时间小于或等于16s。

ü  Supervision Timeout      该参数是指链路监控超时时间。当Supervision Timeout的时间过去后，期间没有有效的信道切换，则中心设备会认为链路丢失，并重新回到非连接状态。

以上三个参数是中心设备发起连接请求时配置。如果外围设备需要重新设置，则通过协议栈的L2CAP层的“Connection Parameter Update Request”完成。

连接的双方可以在任何理由下终止连接。一方初始化终止，另一方必须在双方退出连接状态之前相应地应答。

一旦建立一个链接，双方会执行一个配对的过程。外围设备会要求中心设备提供一个密钥。外围设备收到正确的密钥的时候，双方交换用于数据加密和链路认证的安全密钥。

GATT层被软件用来在两个连接的设备进行数据交换。两个设备的角色为：

ü  GATT客户端。作为客户端的设备会读写服务器端的数据。

ü  GATT服务端。作为服务端的设备提供客户端可以读写的数据。

GATT服务端包含很多服务。这里的服务指的是完成特定功能或特性的数据。服务的值为Characteristics。一个服务可以存在多个Characteristics。每个Characteristics具有自身的特性和配置。“Characteristics”和它的特性，配置都存储在“attribute”表格。“attribute”处理数据值本身，它还有关联的handle，type和Permissions。例如：

static gattAttribute_t battAttrTbl[] =

{

// Battery Service

{

{ ATT_BT_UUID_SIZE, primaryServiceUUID },     /* type */

GATT_PERMIT_READ,                                         /* permissions */

0,                                                                          /* handle */

(uint8 *)&battService                                         /* pValue */

},

// Battery Level Declaration

{

{ ATT_BT_UUID_SIZE, characterUUID },

GATT_PERMIT_READ,

0,

&battLevelProps

},

// Battery Level Value

{

{ ATT_BT_UUID_SIZE, battLevelUUID },

GATT_PERMIT_READ,

0,

&battLevel

},

// Battery Level Client Characteristic Configuration

{

{ ATT_BT_UUID_SIZE, clientCharCfgUUID },

GATT_PERMIT_READ | GATT_PERMIT_WRITE,

0,

(uint8 *) &battLevelClientCharCfg

},

         …

};

上述代码中定义了一个gattAttribute_t  battAttrTbl表格。该表格存储了一个名为“battService”的serivce。该serivce包含一个characteristic。该characteristic的properties为battLevelProps；value为battLevel；configuration为battLevelClientCharCfg。

TI BLE的软件分为五个主要部分：OSAL，HAL，BLE Protocol Stack，profile和应用。

OSAL（Operating System Abstraction Layer）是一个抽象的操作系统层。它抽象实现了，消息管理，任务同步，时间管理，中断管理，任务管理，内存管理，电源管理和非易失内存管理。BLE Protocol Stack，profile和应用等都是围绕OSAL来建立的。以下是任务管理的调用循环机制。

这里所说的开发者API指的是GAP和GATT层的API。

a)         Call API function with appropriate parameters

b)         Stack performs specified action and returns

c)         After action is complete, or whenever the stack has information to report back to calling task,

the stack sends an OSAL message to the calling task

d)         Calling task receives and processes accordingly based on the message

e)         Calling task de-allocates the message

消息管理有关的API主要用于处理任务间消息的交换，主要包括为任务分配消息缓存、释放消息缓存、接收消息和发送消息等API函数。


ü  函数：uint8 * osal_msg_allocate(uint16 len)
功能描述：为消息分配缓存空间
输入参数：@len 分配空间大小
返回值： 成功则返回指向分配到的缓存空间地址的指针；否则返回NULL


ü  函数：uint8 osal_msg_deallocate(uint8 *msg_ptr)
功能描述：释放消息的缓存空间
输入参数：@msg_ptr 指向需要释放的消息缓存空间的指针
返回值：状态值SUCCESS或者INVALID_MSG_POINTER


ü  函数：uint *osal_msg_send(unit8 destination_task, uint *msg_ptr)
功能描述：将消息发送给destination_task任务
输入参数：@destination_task 目标任务ID；@msg_ptr指向消息空间的指针
返回值：状态值SUCCESS, INVALID_TASK或者INVALID_MSG_POINTER


ü  函数：uint8 *osal_msg_receive(uint8 task_id)
功能描述：从消息列队接收属于自己的消息
输入参数：@task_id处理消息的任务ID
返回值：成功则返回指向获取到的缓存空间地址的指针；否则返回NULL

任务同步API主要用于任务间的同步，允许一个任务等待某个事件的发生。


ü  函数：unint8 osal_set_event(uint8 task_id, uint16 event_flag)
功能描述：为任务task_id设置事件event_flag
输入参数：@task_id处理时间的任务id；@event_flag需要触发的事件
返回值：状态值SUCCESS或者INVALID_TASK

时间管理API用于开启和关闭定时器，定时时间一般为毫秒级定时，使用该API，读者不必关心底层定时器是如何初始化的，只需要调用即可，在蓝牙4.0 BLE协议栈物理层已经完成了定时器的初始化。


ü  函数：uint8 osal_start_timerEx(uint8 task_id, uint16 event_id, uint16 timeout_value)
功能描述：设置一个定时器，定时timeout_value之后，触发任务task_id的event_id事件。
输入参数：@task_id需要触发的任务id；@event_id需要触发的时间；@timeout_value定时时间。
返回值：状态值SUCCESS, or NO_TIMER_AVAIL.


ü  函数：uint8 osal_stop_timerEx(uint8 task_id, uint16 event_id)
功能描述：停止已经启动的定时器
输入参数：@task_id设定的触发任务id；@event_id设定触发的事件id
返回值：状态值SUCCESS or INVALID_EVENT_ID

中断管理API主要用于控制中断的开启与关闭。

ü  函数：uint8 osal_init_system(void)
功能描述：初始化OSAL。应用相关部分初始化需要开发者完成。
输入参数：无
返回值：状态值SUCCESS（必须是成功，失败则没法继续）


ü  函数：void osal_start_system( void )

功能描述：启动调用循环机制。它的流程可以参考OSAL TASK LOOP流程图

输入参数：无

返回值：无（永远不会返回）

电源管理API主要是用于电池供电的蓝牙4.0 BLE设备节点。

非易失性闪存（Non-Volatile Memory，NV）管理API主要是添加了对非易失性闪存的管理函数，一般这里的非易失性闪存指的是系统的Flash存储器，每个NV条目分配唯一的ID号。


ü  函数：uint8 osal_snv_init( void )
功能描述：初始化NV service。
输入参数：无
返回值：状态值SUCCESS或者FAILURE


ü  函数：uint8 osal_snv_write( osalSnvId_t id, osalSnvLen_t len, void *pBuf )

功能描述：将数据写入条目id

输入参数：@id需要写入的条目；@len需要写入数据的大小；@pBuf指向数据缓存地址的指针。

返回值：状态值SUCCESS或者NV_OPER_FAILED

uint8 osal_snv_read( osalSnvId_t id, osalSnvLen_t len, void *pBuf )

功能描述：从条目id中读取数据

输入参数：@id需要读的条目；@len需要读取数据的大小；@pBuf指向数据缓存地址的指针。

返回值：状态值SUCCESS或者NV_OPER_FAILED

CC2540是德州仪器的一款2.4GHz低功率蓝牙系统单晶片。它适用于消费性医疗、行动装置周边、运动及健康应用等产品的超低功率无线连结市场上最具有弹性及成本效益的单模式低功率蓝牙解决方案

德州仪器的CC2540系列产品提供用于感应器应用及行动手持装置周边的低功率蓝牙解决方案，CC2540是一个真正的系统单晶片解决方案，结合德州仪器的协定堆叠、轮廓软体及应用支援，CC2540成为市场上最具有弹性及成本效益的单模式低功率蓝牙解决方案。

ü  8051微控制器 - 128KB或256 KB内建快闪记忆体， 8KB SRAM。

ü  完全整合的无线射频功能 - 低功率蓝牙 (1Mbps GFSK ) 。

ü  数位周边 – 21个通用型输出入界面， 2个USART (UART或SPI)，全速USB 2.0，2个16位元及2个8位元计时器，专属的连接层计时器用于低功率蓝牙协定时脉，AES-128硬体加密/解密功能。

ü  先进的类比周边 – 8通道 8到12位元 delta-sigma 类比数位转换器，超低功率类比比较器，内建高效能运算放大器。

ü  完整解决方案–2.4 GHz系统单晶片，德州仪器协定堆叠，轮廓软体，及应用支援。

ü  超低消耗功率–感应器应用可使用一个硬币型电池运作超过一年的时间。

ü  领先的无线射频效能–最高达+97dB link budget，可用于大范围通讯，与其它2.4GHz装置优异的共存性。

ü  单晶片整合解决方案 - 微控制器，主机端，及应用程式整合在一个6mm x 6mm的元件中，有效降低所需的印刷电路板面积，应用程式可直接写入CC2540，它支援类比及数位界面。

ü  具备快闪记忆体及具有弹性的元件 - 韧体可在使用场所更新，资料可储存于晶片上。

ü  单一模式及双模式 – 做为一个同时提供单一模式及双模式低功率蓝牙解决方案的厂商，德州仪器提供由智慧型感应器到智慧型手机完整验证及强固的节能系统解决方案。

ü  If you’re concerned with active power consumption, use CC2541, as it will save you 30% in TX and around 10% in RX.

ü  If you need +4 dBm output power, you should choose the CC2540.

ü  If you need a USB interface, you should choose the CC2540.

ü  If you need I2C, you should choose the CC2541.

ü  If you want to communicate using a proprietary protocol, you should choose the CC2541.

ü  If none of the above apply, it doesn’t matter which one you choose.

ü  If cost is important, CC2541 is priced slightly lower than CC2540.