低功耗蓝牙智能硬件开发实战

第 1章 低功耗蓝牙简介 1
1．1　概述　1
1．2　蓝牙历史版本介绍　1
1．2．1　蓝牙1．1标准和1．2标准　1
1．2．2　蓝牙2．0标准　2
1．2．3　蓝牙2．1+EDR标准　2
1．2．4　蓝牙3．0+HS标准　3
1．2．5　蓝牙4．0标准　3
1．2．6　蓝牙4．1标准　3
1．2．7　蓝牙4．2标准　4
1．2．8　蓝牙5．0标准　5
1．2．9　蓝牙2016年技术蓝图　5
1．2．10　蓝牙版本演进编年史　6
1．3　蓝牙4．0概述　7
1．3．1　什么是蓝牙4．0　7
1．3．2　蓝牙4．0的架构　7
1．3．3　蓝牙4．0协议增加的新特性　7
1．4　蓝牙4．0核心架构分析　8
1．4．1　低功耗蓝牙概述　8
1．4．2　核心系统架构　10
1．4．3　核心构架模块介绍　13
1．5　基于Bluetooth 4．0的新应用　14
1．6　BLE、ZigBee和WiFi的介绍和选择　16
1．6．1　ZigBee技术介绍　16
1．6．2　WiFi技术介绍　17
1．6．3　BLE、ZigBee和WiFi的选择　17
第　2章 Android蓝牙系统框架和代码结构　19
2．1　概述　19
2．2　Application Framework　20
2．3　Bluetooth Process　21
2．4　Bluetooth JNI　21
2．5　Bluetooth HAL　21
2．6　Bluedroid Stack　21
2．7　Bluedroid的代码结构分析　22
2．7．1　MAIN　22
2．7．2　BTA　23
2．7．3　BTIF　23
2．7．4　HCI　27
2．7．5　STACK　29
第3章　GKI模块简介　31
3．1　概述　31
3．2　GKI事件的原理　31
3．3　GKI主要数据结构　31
3．4　GKI管理的线程　35
3．5　线程相关主要函数　36
3．6　消息相关主要函数介绍　39
3．6．1　GKI_wait()函数　39
3．6．2　GKI_send_event()函数　41
3．6．3　GKI_send_msg()函数　42
3．6．4　GKI_read_mbox()函数　43
3．6．5　pthread_cond_wait()函数　43
3．7　动态内存池管理主要函数　44
第4章　Bluedroid的消息传递机制　45
4．1　概述　45
4．2　消息传递相关结构体的定义　46
4．3　消息的动态内存的获取　46
4．4　消息的初始化及发送　49
4．5　消息的读取和处理　51
4．6　消息的完整数据结构剖析　54
第5章　TASK简介　57
5．1　概述　57
5．1．1　TASK之间的消息传递　57
5．1．2　事件的类型　58
5．2　TASK处理消息的流程　58
第6章　Bluedroid状态机简介　66
6．1　Profile状态机介绍　66
6．2　Profile状态机的结构设计　67
6．3　状态机的注册　69
6．4　状态机的驱动力来源　70
6．5　Action函数列表　71
6．6　状态机的状态集合　72
6．7　Event处理函数介绍　74
第7章　HCI接口层简介　76
7．1　概述　76
7．2　接口间的函数调用关系　76
7．3　bt_hc_if接口的定义和获取　77
7．3．1　bt_hc_if接口定义　77
7．3．2　bt_hc_if接口的获取　78
7．4　hc_callbacks函数集合的定义和注册　78
7．4．1　hc_callbacks函数集合的定义　78
7．4．2　hc_callbacks函数集合的注册　79
7．5　bluetoothHCLibInterface的init()函数介绍　80
7．6　libbt-vendor接口的获取、初始化和使用　81
7．6．1　libbt-vendor的接口函数集合　81
7．6．2　libbt-vendor接口的获取和使用　82
7．6．3　libbt-vendor的初始化　83
7．7　命令和数据的发送与接收　84
7．7．1　命令和数据的发送接口　84
7．7．2　命令处理结果和数据的接收接口　86
7．7．3　H4层接收解析函数的分析　89
7．8　HCI裸数据的分析　95
7．9　本章总结　96
第8章　L2CAP简介　98
8．1　概述　98
8．2　L2CAP的组成部分和功能　99
8．2．1　L2CAP的两个组成部分　99
8．2．2　L2CAP的功能　99
8．3　设备间的操作　100
8．3．1　操作模式　100
8．3．2　L2CAP连接类型　100
8．4　L2CAP数据包　100
8．4．1　L2CAP数据包格式　101
8．4．2　信号包格式　101
8．5　L2CAP的使用　102
8．6　LE数据包格式分析　102
8．7　L2CAP的CSM（Channel State Machine）介绍　104
8．7．1　子状态机介绍　105
8．7．2　OPEN子状态机处理函数　107
8．8　Profile在L2CAP的注册和函数回调机制　111
8．8．1　Profile的注册　111
8．8．2　Profile的注册回调函数集合的回调机制　114
8．9　L2CAP的数据的发送和接收过程　115
8．9．1　数据的发送　115
8．9．2　数据的接收　116
第9章　Bluedroid的初始化流程　122
9．1　概述　122
9．2　协议栈的bluetoothInterface接口的获取过程　122
9．3　打开蓝牙的接口的调用　123
9．4　第 一阶段：前期准备阶段　124
9．5　第二阶段：蓝牙Firmware的加载阶段　127
9．5．1　Firmware加载的总体思想　127
9．5．2　发起Firmware加载的入口　128
9．5．3　Firmware加载的过程　128
9．6　第三阶段：后期初始化阶段　131
9．6．1　底层协议栈的初始化　132
9．6．2　上层协议栈的初始化　136
第　10章 蓝牙设备的扫描流程　145
10．1　概述　145
10．2　JNI层扫描入口和协议栈回调机制　145
10．2．1　扫描入口　145
10．2．2　回调机制　147
10．3　蓝牙扫描流程的启动过程　147
10．4　蓝牙设备的Inquiry过程　152
10．5　蓝牙设备的Discover过程　156
10．6　本章总结　158
第　11章 SMP简介　160
11．1　什么是SMP　160
11．2　SM在Host侧的位置　161
11．3　SMP的流程介绍　161
11．3．1　SM第 1阶段—配对特征的交换　162
11．3．2　第 2阶段—根据特征信息配对　165
11．3．3　第3阶段—Key的分发过程　173
11．4　SMP协议包分析　173
11．5　问和答　175
第　12章 LE属性协议简介　177
12．1　概述　177
12．2　属性的构成　177
12．3　属性值的介绍　179
12．4　属性数据库的构建过程　180
12．4．1　Gatt Profile分层设计　180
12．4．2　Gatt Service的构建　181
12．4．3　特性的构建　182
12．5　获取属性数据库的过程　183
12．5．1　GATT服务的获取和设置过程　183
12．5．2　服务的查询过程　188
12．5．3　包含服务、特性和特性描述的查询过程　191
第　13章 LE属性数据库扫描过程的代码分析　195
13．1　Discover过程的发起　195
13．2　主要服务的Discover过程　197
13．3　Discover过程回调函数的注册过程　210
13．4　包含服务的Discover过程　211
13．5　特性的Discover过程　216
13．6　特性描述的Discover过程　218
13．7　Discover过程的结束　224
13．8　服务的上报过程　226
13．8．1　服务的查询和发起上报过程　226
13．8．2　上报服务的回调函数的注册过程　227
13．8．3　服务的上报过程　230
13．8．4　服务上报过程的日志分析　237
第　14章 低功耗蓝牙HID设备的连接过程分析　242
14．1　概述　242
14．2　连接过程的发起　242
14．3　Hid服务的特性、特性描述的读取和存储　248
14．3．1　查询和存储过程　248
14．3．2　查询结果列表和分析　252
14．4　连接过程的完成和输入设备的创建　254
14．4．1　连接过程的完成和创建输入设备　254
14．4．2　Hid按键的上报　257
第　15章 Find Me功能的实现　260
15．1　概述　260
15．2　Find Me功能的技术原理　260
15．3　Find Me功能的代码实现　261
15．3．1　Find Me功能的触发函数　261
15．3．2　BluetoothGatt接口的获取　262
15．3．3　Hid设备列表的获取　262
第　16章 低功耗蓝牙电池服务和电量的读取　264
16．1　概述　264
16．2　电量读取和电量变化回调函数的注册　264
16．3　电量读取的发起和电量变化特性配置描述的设置　266
16．4　电池电量读取的btsnoop数据解析　267
第　17章 LE设备接近配对的实现　269
17．1　概述　269
17．2　RSSI与LQI、接收距离之间的关系　270
17．3　接近配对的简化实现　271
17．4　接近配对代码示例　272
第　18章 基于LE广播的无线电子设备的唤醒方法　275
18．1　概述　275
18．2　无线电子设备的唤醒的硬件原理　276
18．3　无线电子设备的唤醒的软件实现　276
18．3．1　无线电子设备关机后唤醒的软件逻辑实现　276
18．3．2　无线电子设备通电后唤醒的软件逻辑实现　278
18．4　传输唤醒白名单列表和启动唤醒功能的命令的定义　278
18．5　唤醒广播包的数据格式　279
18．6　唤醒广播包的处理逻辑　281
18．6．1　主机的处理逻辑　281
18．6．2　设备的广播逻辑　282
18．7　唤醒广播包的数据分析　283
第　19章 基于LE广播的系统Recovery的操作实现　284
19．1　概述　284
19．2　小米电视和盒子的系统恢复模式的介绍　284
19．3　基于接收广播按键信息的Recovery系统框架　285
19．4　广播包按键信息的定义　286
19．5　进入Recovery的方法　286
19．6　按键广播包的接收、解析和上报的代码分析　287
第　20章 蓝牙HID设备OTA升级的设计和实现　297
20．1　概述　297
20．2　Hid设备OTA升级总体流程设计　297
20．3　Hid设备OTA升级命令定义　298
20．4　Hid设备OTA升级的总体程序设计　305
20．4．1　总体设计　305
20．4．2　Kernel层Hidraw getReport()的实现过程　306
20．4．3　Kernel层Hidraw setReport()的实现过程　307
20．4．4　JNI层Hidraw getReport函数的实现　308
20．4．5　JNI层Hidraw setReport函数的实现　310
20．5　Java层OTA升级程序示例　312
20．6　Hidraw setReport、getReport命令的数据分析　320
第　21章 加速度传感器在低功耗蓝牙设备上的应用　325
21．1　概述　325
21．2　蓝牙输入相关子系统、G-Sensor子系统简介　325
21．3　加速度传感器设备的创建过程　326
21．3．1　Bluedroid发起的设备注册过程　326
21．3．2　Kernel中Hid设备的创建过程　327
21．4　加速度传感器的驱动注册过程　330
21．5　Sensor数据从Bluedroid到传感器驱动的传输过程　336
第　22章 LE系统快速更新连接参数的设计和实现　340
22．1　概述　340
22．2　更新连接参数的常规方法、快速更新连接参数碰到的困难及解决思路　343
22．2．1　更新连接参数的常规方法介绍　343
22．2．2　快速更新连接参数碰到的困难及解决思路　345
22．3　快速更新连接参数的实现及应用　345
22．3．1　快速更新连接参数的实现方法　345
22．3．2　快速更新连接参数在语音传输中的应用　348
第　23章 LE语音编解码和传输　350
23．1　概述　350
23．2　音频采集、处理和蓝牙传输的软硬件过程　351
23．3　ADPCM介绍　353
23．3．1　ADPCM的概念　353
23．3．2　ADPCM编码框图　354
23．4　遥控器语音传输的总体流程　354
23．5　主机端的语音数据的接收处理流程　356
23．5．1　传统语音数据的接收处理流程　356
23．5．2　基于Hidraw接口的语音数据的接收处理流程　356
23．6　基于ADPCM的一种语音压缩编码数据的传输格式定义　357
23．6．1　语音压缩编码数据起始帧的定义　357
23．6．2　语音压缩编码数据桢的第 1部分定义　358
23．6．3　语音压缩编码数据桢其他部分定义　358
23．6．4　语音压缩编码数据结束帧的定义　358
23．6．5　完整语音压缩编码数据桢的格式定义　359
23．7　基于ADPCM的一种语音压缩编码数据的接收数据的格式解析　359
23．7．1　语音压缩编码数据起始帧的接收数据格式解析　359
23．7．2　语音压缩编码数据的数据帧的第 1帧的第 1部分的接收数据格式解析　360
23．7．3　语音压缩编码数据的数据帧第 2帧的第 1部分的接收数据格式解析　361
23．7．4　语音压缩编码数据结束帧的接收数据格式解析　362
23．8　基于Hidraw的语音压缩编码数据的接收和处理的代码示例　362
23．8．1　/dev/hidrawX设备的寻找过程　362
23．8．2　ADPCM语音压缩编码数据的读取和解码的代码示例　364
第　24章 开发工具　372
24．1　概述　372
24．2　Ellisys蓝牙协议分析仪　372
24．3　Ellisys HCI分析　375
24．4　Ellisys频谱分析　376
24．5　Ellisys时序和逻辑分析　377
24．6　Ellisys空中抓包　378
24．7　Ellisys组网分析　380
24．8　Ellisys集成化音频分析　380
24．9　其他　381
第　25章 蓝牙系统Bug分析　383
25．1　概述　383
25．2　内存操作越界引发蓝牙重启的一个Bug分析　384
25．2．1　内存操作越界Bug描述　384
25．2．2　内存操作越界引发蓝牙重启的Bug分析过程　385
25．3　系统IO繁忙时写btsnoop日志效率低导致蓝牙通信卡顿的Bug分析　389
25．3．1　写btsnoop日志效率低的Bug描述　389
25．3．2　写btsnoop日志效率低的Bug分析　389
25．3．3　Bug的解决方法　390
25．4　蓝牙数据总线丢失数据导致蓝牙重启　391
25．4．1　导致蓝牙重启的Bug描述　391
25．4．2　导致蓝牙重启的日志分析　391
25．4．3　解决问题的方法　394
25．5　蓝牙核心协议规范关于断连接流程的设计缺陷　39
25．5．1　断连接流程的设计缺陷引发的Bug描述　395
25．5．2　问题背景介绍　395
25．5．3　Bug分析过程　396
25．5．4　解决问题的方法　398