低功耗藍(lán)牙智能硬件開發(fā)實(shí)戰(zhàn)

第 1章 低功耗藍(lán)牙簡介\t1
1．1　概述　1
1．2　藍(lán)牙歷史版本介紹　1
1．2．1　藍(lán)牙1．1標(biāo)準(zhǔn)和1．2標(biāo)準(zhǔn)　1
1．2．2　藍(lán)牙2．0標(biāo)準(zhǔn)　2
1．2．3　藍(lán)牙2．1+EDR標(biāo)準(zhǔn)　2
1．2．4　藍(lán)牙3．0+HS標(biāo)準(zhǔn)　3
1．2．5　藍(lán)牙4．0標(biāo)準(zhǔn)　3
1．2．6　藍(lán)牙4．1標(biāo)準(zhǔn)　3
1．2．7　藍(lán)牙4．2標(biāo)準(zhǔn)　4
1．2．8　藍(lán)牙5．0標(biāo)準(zhǔn)　5
1．2．9　藍(lán)牙2016年技術(shù)藍(lán)圖　5
1．2．10　藍(lán)牙版本演進(jìn)編年史　6
1．3　藍(lán)牙4．0概述　7
1．3．1　什么是藍(lán)牙4．0　7
1．3．2　藍(lán)牙4．0的架構(gòu)　7
1．3．3　藍(lán)牙4．0協(xié)議增加的新特性　7
1．4　藍(lán)牙4．0核心架構(gòu)分析　8
1．4．1　低功耗藍(lán)牙概述　8
1．4．2　核心系統(tǒng)架構(gòu)　10
1．4．3　核心構(gòu)架模塊介紹　13
1．5　基于Bluetooth 4．0的新應(yīng)用　14
1．6　BLE、ZigBee和WiFi的介紹和選擇　16
1．6．1　ZigBee技術(shù)介紹　16
1．6．2　WiFi技術(shù)介紹　17
1．6．3　BLE、ZigBee和WiFi的選擇　17
第　2章 Android藍(lán)牙系統(tǒng)框架和代碼結(jié)構(gòu)　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的代碼結(jié)構(gòu)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模塊簡介　31
3．1　概述　31
3．2　GKI事件的原理　31
3．3　GKI主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　31
3．4　GKI管理的線程　35
3．5　線程相關(guān)主要函數(shù)　36
3．6　消息相關(guān)主要函數(shù)介紹　39
3．6．1　GKI_wait()函數(shù)　39
3．6．2　GKI_send_event()函數(shù)　41
3．6．3　GKI_send_msg()函數(shù)　42
3．6．4　GKI_read_mbox()函數(shù)　43
3．6．5　pthread_cond_wait()函數(shù)　43
3．7　動(dòng)態(tài)內(nèi)存池管理主要函數(shù)　44
第4章　Bluedroid的消息傳遞機(jī)制　45
4．1　概述　45
4．2　消息傳遞相關(guān)結(jié)構(gòu)體的定義　46
4．3　消息的動(dòng)態(tài)內(nèi)存的獲取　46
4．4　消息的初始化及發(fā)送　49
4．5　消息的讀取和處理　51
4．6　消息的完整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)剖析　54
第5章　TASK簡介　57
5．1　概述　57
5．1．1　TASK之間的消息傳遞　57
5．1．2　事件的類型　58
5．2　TASK處理消息的流程　58
第6章　Bluedroid狀態(tài)機(jī)簡介　66
6．1　Profile狀態(tài)機(jī)介紹　66
6．2　Profile狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　67
6．3　狀態(tài)機(jī)的注冊　69
6．4　狀態(tài)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力來源　70
6．5　Action函數(shù)列表　71
6．6　狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)集合　72
6．7　Event處理函數(shù)介紹　74
第7章　HCI接口層簡介　76
7．1　概述　76
7．2　接口間的函數(shù)調(diào)用關(guān)系　76
7．3　bt_hc_if接口的定義和獲取　77
7．3．1　bt_hc_if接口定義　77
7．3．2　bt_hc_if接口的獲取　78
7．4　hc_callbacks函數(shù)集合的定義和注冊　78
7．4．1　hc_callbacks函數(shù)集合的定義　78
7．4．2　hc_callbacks函數(shù)集合的注冊　79
7．5　bluetoothHCLibInterface的init()函數(shù)介紹　80
7．6　libbt-vendor接口的獲取、初始化和使用　81
7．6．1　libbt-vendor的接口函數(shù)集合　81
7．6．2　libbt-vendor接口的獲取和使用　82
7．6．3　libbt-vendor的初始化　83
7．7　命令和數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收　84
7．7．1　命令和數(shù)據(jù)的發(fā)送接口　84
7．7．2　命令處理結(jié)果和數(shù)據(jù)的接收接口　86
7．7．3　H4層接收解析函數(shù)的分析　89
7．8　HCI裸數(shù)據(jù)的分析　95
7．9　本章總結(jié)　96
第8章　L2CAP簡介　98
8．1　概述　98
8．2　L2CAP的組成部分和功能　99
8．2．1　L2CAP的兩個(gè)組成部分　99
8．2．2　L2CAP的功能　99
8．3　設(shè)備間的操作　100
8．3．1　操作模式　100
8．3．2　L2CAP連接類型　100
8．4　L2CAP數(shù)據(jù)包　100
8．4．1　L2CAP數(shù)據(jù)包格式　101
8．4．2　信號(hào)包格式　101
8．5　L2CAP的使用　102
8．6　LE數(shù)據(jù)包格式分析　102
8．7　L2CAP的CSM（Channel State Machine）介紹　104
8．7．1　子狀態(tài)機(jī)介紹　105
8．7．2　OPEN子狀態(tài)機(jī)處理函數(shù)　107
8．8　Profile在L2CAP的注冊和函數(shù)回調(diào)機(jī)制　111
8．8．1　Profile的注冊　111
8．8．2　Profile的注冊回調(diào)函數(shù)集合的回調(diào)機(jī)制　114
8．9　L2CAP的數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程　115
8．9．1　數(shù)據(jù)的發(fā)送　115
8．9．2　數(shù)據(jù)的接收　116
第9章　Bluedroid的初始化流程　122
9．1　概述　122
9．2　協(xié)議棧的bluetoothInterface接口的獲取過程　122
9．3　打開藍(lán)牙的接口的調(diào)用　123
9．4　第 一階段：前期準(zhǔn)備階段　124
9．5　第二階段：藍(lán)牙Firmware的加載階段　127
9．5．1　Firmware加載的總體思想　127
9．5．2　發(fā)起Firmware加載的入口　128
9．5．3　Firmware加載的過程　128
9．6　第三階段：后期初始化階段　131
9．6．1　底層協(xié)議棧的初始化　132
9．6．2　上層協(xié)議棧的初始化　136
第　10章 藍(lán)牙設(shè)備的掃描流程　145
10．1　概述　145
10．2　JNI層掃描入口和協(xié)議?；卣{(diào)機(jī)制　145
10．2．1　掃描入口　145
10．2．2　回調(diào)機(jī)制　147
10．3　藍(lán)牙掃描流程的啟動(dòng)過程　147
10．4　藍(lán)牙設(shè)備的Inquiry過程　152
10．5　藍(lán)牙設(shè)備的Discover過程　156
10．6　本章總結(jié)　158
第　11章 SMP簡介　160
11．1　什么是SMP　160
11．2　SM在Host側(cè)的位置　161
11．3　SMP的流程介紹　161
11．3．1　SM第 1階段—配對(duì)特征的交換　162
11．3．2　第 2階段—根據(jù)特征信息配對(duì)　165
11．3．3　第3階段—Key的分發(fā)過程　173
11．4　SMP協(xié)議包分析　173
11．5　問和答　175
第　12章 LE屬性協(xié)議簡介　177
12．1　概述　177
12．2　屬性的構(gòu)成　177
12．3　屬性值的介紹　179
12．4　屬性數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建過程　180
12．4．1　Gatt Profile分層設(shè)計(jì)　180
12．4．2　Gatt Service的構(gòu)建　181
12．4．3　特性的構(gòu)建　182
12．5　獲取屬性數(shù)據(jù)庫的過程　183
12．5．1　GATT服務(wù)的獲取和設(shè)置過程　183
12．5．2　服務(wù)的查詢過程　188
12．5．3　包含服務(wù)、特性和特性描述的查詢過程　191
第　13章 LE屬性數(shù)據(jù)庫掃描過程的代碼分析　195
13．1　Discover過程的發(fā)起　195
13．2　主要服務(wù)的Discover過程　197
13．3　Discover過程回調(diào)函數(shù)的注冊過程　210
13．4　包含服務(wù)的Discover過程　211
13．5　特性的Discover過程　216
13．6　特性描述的Discover過程　218
13．7　Discover過程的結(jié)束　224
13．8　服務(wù)的上報(bào)過程　226
13．8．1　服務(wù)的查詢和發(fā)起上報(bào)過程　226
13．8．2　上報(bào)服務(wù)的回調(diào)函數(shù)的注冊過程　227
13．8．3　服務(wù)的上報(bào)過程　230
13．8．4　服務(wù)上報(bào)過程的日志分析　237
第　14章 低功耗藍(lán)牙HID設(shè)備的連接過程分析　242
14．1　概述　242
14．2　連接過程的發(fā)起　242
14．3　Hid服務(wù)的特性、特性描述的讀取和存儲(chǔ)　248
14．3．1　查詢和存儲(chǔ)過程　248
14．3．2　查詢結(jié)果列表和分析　252
14．4　連接過程的完成和輸入設(shè)備的創(chuàng)建　254
14．4．1　連接過程的完成和創(chuàng)建輸入設(shè)備　254
14．4．2　Hid按鍵的上報(bào)　257
第　15章 Find Me功能的實(shí)現(xiàn)　260
15．1　概述　260
15．2　Find Me功能的技術(shù)原理　260
15．3　Find Me功能的代碼實(shí)現(xiàn)　261
15．3．1　Find Me功能的觸發(fā)函數(shù)　261
15．3．2　BluetoothGatt接口的獲取　262
15．3．3　Hid設(shè)備列表的獲取　262
第　16章 低功耗藍(lán)牙電池服務(wù)和電量的讀取　264
16．1　概述　264
16．2　電量讀取和電量變化回調(diào)函數(shù)的注冊　264
16．3　電量讀取的發(fā)起和電量變化特性配置描述的設(shè)置　266
16．4　電池電量讀取的btsnoop數(shù)據(jù)解析　267
第　17章 LE設(shè)備接近配對(duì)的實(shí)現(xiàn)　269
17．1　概述　269
17．2　RSSI與LQI、接收距離之間的關(guān)系　270
17．3　接近配對(duì)的簡化實(shí)現(xiàn)　271
17．4　接近配對(duì)代碼示例　272
第　18章 基于LE廣播的無線電子設(shè)備的喚醒方法　275
18．1　概述　275
18．2　無線電子設(shè)備的喚醒的硬件原理　276
18．3　無線電子設(shè)備的喚醒的軟件實(shí)現(xiàn)　276
18．3．1　無線電子設(shè)備關(guān)機(jī)后喚醒的軟件邏輯實(shí)現(xiàn)　276
18．3．2　無線電子設(shè)備通電后喚醒的軟件邏輯實(shí)現(xiàn)　278
18．4　傳輸喚醒白名單列表和啟動(dòng)喚醒功能的命令的定義　278
18．5　喚醒廣播包的數(shù)據(jù)格式　279
18．6　喚醒廣播包的處理邏輯　281
18．6．1　主機(jī)的處理邏輯　281
18．6．2　設(shè)備的廣播邏輯　282
18．7　喚醒廣播包的數(shù)據(jù)分析　283
第　19章 基于LE廣播的系統(tǒng)Recovery的操作實(shí)現(xiàn)　284
19．1　概述　284
19．2　小米電視和盒子的系統(tǒng)恢復(fù)模式的介紹　284
19．3　基于接收廣播按鍵信息的Recovery系統(tǒng)框架　285
19．4　廣播包按鍵信息的定義　286
19．5　進(jìn)入Recovery的方法　286
19．6　按鍵廣播包的接收、解析和上報(bào)的代碼分析　287
第　20章 藍(lán)牙HID設(shè)備OTA升級(jí)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)　297
20．1　概述　297
20．2　Hid設(shè)備OTA升級(jí)總體流程設(shè)計(jì)　297
20．3　Hid設(shè)備OTA升級(jí)命令定義　298
20．4　Hid設(shè)備OTA升級(jí)的總體程序設(shè)計(jì)　305
20．4．1　總體設(shè)計(jì)　305
20．4．2　Kernel層Hidraw getReport()的實(shí)現(xiàn)過程　306
20．4．3　Kernel層Hidraw setReport()的實(shí)現(xiàn)過程　307
20．4．4　JNI層Hidraw getReport函數(shù)的實(shí)現(xiàn)　308
20．4．5　JNI層Hidraw setReport函數(shù)的實(shí)現(xiàn)　310
20．5　Java層OTA升級(jí)程序示例　312
20．6　Hidraw setReport、getReport命令的數(shù)據(jù)分析　320
第　21章 加速度傳感器在低功耗藍(lán)牙設(shè)備上的應(yīng)用　325
21．1　概述　325
21．2　藍(lán)牙輸入相關(guān)子系統(tǒng)、G-Sensor子系統(tǒng)簡介　325
21．3　加速度傳感器設(shè)備的創(chuàng)建過程　326
21．3．1　Bluedroid發(fā)起的設(shè)備注冊過程　326
21．3．2　Kernel中Hid設(shè)備的創(chuàng)建過程　327
21．4　加速度傳感器的驅(qū)動(dòng)注冊過程　330
21．5　Sensor數(shù)據(jù)從Bluedroid到傳感器驅(qū)動(dòng)的傳輸過程　336
第　22章 LE系統(tǒng)快速更新連接參數(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)　340
22．1　概述　340
22．2　更新連接參數(shù)的常規(guī)方法、快速更新連接參數(shù)碰到的困難及解決思路　343
22．2．1　更新連接參數(shù)的常規(guī)方法介紹　343
22．2．2　快速更新連接參數(shù)碰到的困難及解決思路　345
22．3　快速更新連接參數(shù)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用　345
22．3．1　快速更新連接參數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法　345
22．3．2　快速更新連接參數(shù)在語音傳輸中的應(yīng)用　348
第　23章 LE語音編解碼和傳輸　350
23．1　概述　350
23．2　音頻采集、處理和藍(lán)牙傳輸?shù)能浻布^程　351
23．3　ADPCM介紹　353
23．3．1　ADPCM的概念　353
23．3．2　ADPCM編碼框圖　354
23．4　遙控器語音傳輸?shù)目傮w流程　354
23．5　主機(jī)端的語音數(shù)據(jù)的接收處理流程　356
23．5．1　傳統(tǒng)語音數(shù)據(jù)的接收處理流程　356
23．5．2　基于Hidraw接口的語音數(shù)據(jù)的接收處理流程　356
23．6　基于ADPCM的一種語音壓縮編碼數(shù)據(jù)的傳輸格式定義　357
23．6．1　語音壓縮編碼數(shù)據(jù)起始幀的定義　357
23．6．2　語音壓縮編碼數(shù)據(jù)楨的第 1部分定義　358
23．6．3　語音壓縮編碼數(shù)據(jù)楨其他部分定義　358
23．6．4　語音壓縮編碼數(shù)據(jù)結(jié)束幀的定義　358
23．6．5　完整語音壓縮編碼數(shù)據(jù)楨的格式定義　359
23．7　基于ADPCM的一種語音壓縮編碼數(shù)據(jù)的接收數(shù)據(jù)的格式解析　359
23．7．1　語音壓縮編碼數(shù)據(jù)起始幀的接收數(shù)據(jù)格式解析　359
23．7．2　語音壓縮編碼數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀的第 1幀的第 1部分的接收數(shù)據(jù)格式解析　360
23．7．3　語音壓縮編碼數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀第 2幀的第 1部分的接收數(shù)據(jù)格式解析　361
23．7．4　語音壓縮編碼數(shù)據(jù)結(jié)束幀的接收數(shù)據(jù)格式解析　362
23．8　基于Hidraw的語音壓縮編碼數(shù)據(jù)的接收和處理的代碼示例　362
23．8．1　/dev/hidrawX設(shè)備的尋找過程　362
23．8．2　ADPCM語音壓縮編碼數(shù)據(jù)的讀取和解碼的代碼示例　364
第　24章 開發(fā)工具　372
24．1　概述　372
24．2　Ellisys藍(lán)牙協(xié)議分析儀　372
24．3　Ellisys HCI分析　375
24．4　Ellisys頻譜分析　376
24．5　Ellisys時(shí)序和邏輯分析　377
24．6　Ellisys空中抓包　378
24．7　Ellisys組網(wǎng)分析　380
24．8　Ellisys集成化音頻分析　380
24．9　其他　381
第　25章 藍(lán)牙系統(tǒng)Bug分析　383
25．1　概述　383
25．2　內(nèi)存操作越界引發(fā)藍(lán)牙重啟的一個(gè)Bug分析　384
25．2．1　內(nèi)存操作越界Bug描述　384
25．2．2　內(nèi)存操作越界引發(fā)藍(lán)牙重啟的Bug分析過程　385
25．3　系統(tǒng)IO繁忙時(shí)寫btsnoop日志效率低導(dǎo)致藍(lán)牙通信卡頓的Bug分析　389
25．3．1　寫btsnoop日志效率低的Bug描述　389
25．3．2　寫btsnoop日志效率低的Bug分析　389
25．3．3　Bug的解決方法　390
25．4　藍(lán)牙數(shù)據(jù)總線丟失數(shù)據(jù)導(dǎo)致藍(lán)牙重啟　391
25．4．1　導(dǎo)致藍(lán)牙重啟的Bug描述　391
25．4．2　導(dǎo)致藍(lán)牙重啟的日志分析　391
25．4．3　解決問題的方法　394
25．5　藍(lán)牙核心協(xié)議規(guī)范關(guān)于斷連接流程的設(shè)計(jì)缺陷　39
25．5．1　斷連接流程的設(shè)計(jì)缺陷引發(fā)的Bug描述　395
25．5．2　問題背景介紹　395
25．5．3　Bug分析過程　396
25．5．4　解決問題的方法　398