蓝牙40技术开发31问从入门到精通文档格式.docx
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目前支持蓝牙4.0的移动设备有哪些？
苹果公司的iPhone4S、iPhone5、miniPad和iPad3；
小米手机2；
三星公司的GalaxySIII和NoteII；
HTCONE系列。
6.问：
如何开始蓝牙4.0的开发呢？
概括地讲至少以下三方面的准备吧。
硬件方面，需要购买TI公司蓝牙迷你套件，包括蓝牙USB电子狗和KeyFob以及CCDebugger传真器；
软件方面，安装IARfor8051，TI公司BTool软件；
技术知识，《CC2540/41BLESoftwareDeveloper’sGuide1.3》和《CC2540/41User’sGuide》。
7.问：
刚开始接触蓝牙如何快速上手？
理论联系实践是比较好的学习方法，建议先学习《CC2540/41BLESoftwareDeveloper’sGuide1.3》，然后将SimpleBLEPerepheral工程导入IARfor8051，结合电子狗和BTool，调试蓝牙通讯中的广播/连接/绑定/访问。
光看书不动手，空虚；
不看书光动手，浅薄。
8.问：
IAR调试CC2540时程序导入到了芯片的Flash中了吗？
确实。
CC2540是SOC（SystemOnChip）芯片，它的内核就是8051，它需要从ROM中取指令，从RAM中取数据来运行。
仿真时，CCDebugger会把程序导入芯片Flash中，再执行仿真。
9.问：
当IAR调试中出现警告“缺少断点，无法运行到main（）”？
出现这个错误的原因是，IARfor8051最多只能设置3个断点，如果设置过多，当程序下载后，将出现些调试警告。
解决的方法很简单，去掉一些断点，再重新载入程序。
10.问：
为什么IAR调试时有很多变量无法查看它的值？
主要的原因是IAR编译器设置了优化功能，函数中的自动变量以及一些静态函数都被优化过了，所以没有生成对应的调试信息，无法查看和设置断点。
解决的方法是关闭编译器的优化功能，右键点击工程的Options->
C/C++Compiler->
Optimizations中的Level设置为None。
11.问：
蓝牙协议分层很多且比较复杂，该如何掌握呢？
蓝牙协议从应用层到物理层一共分了8层，看上去比较复杂且API函数很多。
首先不必要知道每一层的具体实现，掌握与应用紧密关联GAP/GATT（或者GAPRole和GATTProfiles）层就可以满足大部分设计需要；
每一层的软件都是通过OSAL来调用的，因此需要了解OSAL的基本原理：
任务/事件/消息/定时器/动态分配内存；
最后把蓝牙通讯过程理解，将有助于开发。
12.问：
OSAL是一个操作系统吗？
OSAL（OperatingSystemAbstractionLayer）操作系统抽象层，它不是一个真正的操作系统（它没有ContextSwitch上下文切换功能），但它巧妙地组织各任务，支持任务优先级，任务之间可以通过事件和消息来通信，为任务提供软定时器和动态内存分配。
要避免的陷阱是，应用任务的单个函数运行时间不能太长（如操作大批量数据的Flash写），否则它无法及时调度高优先级的LL（LinkLayer）任务而导致蓝牙通信中断。
13.问：
蓝牙节点是如何组成微微网的呢？
蓝牙节点组网中，只能存在一个主节点（Central）和多个从节点（Peripheral），从节点是发出信号者，主节点是扫描且发起连接者。
14.问：
主节点和从节点通信的过程是怎样的呢？
当从节点发出广告信号（包括设备地址和设备名称之类的附加信息）；
主节点收到此广告信号后，向从节点发出扫描请求；
当从节点回应扫描时，就完成了设备发现过程。
接着主节点向从节点发出连接请求（包括连接时隙、从节点待机次数、连接超时值），从节点回应连接，就完成了建立连接。
为了安全起见，一些数据的访问需要认证，它的完成是这样的：
一方（可以是主节点，也可以是从节点）向另一方索要6位数字的密码，之后，两个节点彼此交换安全密钥用于加密和认证，此过程称为配对。
认证的过程比较繁琐，BLE协议支持两节点保存认证的安全密钥（一般是非易失性存储器中），以便于两节点下次连接后快速认证，这就是绑定技术。
15.问：
蓝牙通信中两个节点如何交换数据？
这是蓝牙通信中最让初学者迷惑的地方。
大部分通信，尤其是TCP/IP，交换数据的婚介是数据包，但蓝牙通信中，工程师找不到数据包访问方式，于是就产生疑问。
其实蓝牙最底层也是基于无线数据包交换，只是通过层层封装，交付给工程师的API接口就变成了Client访问Server的方式。
16.问：
Client和Server节点是如何定义呢？
通俗地说吧，Server（服务器）就是数据中心，Client（客户端）就是访问数据者。
特别说明，它与主/从设备是独立的概念：
一个主设备既可以充当Server，又可以充当Client；
从设备亦然。
17.问：
Server是如何提供数据呢？
Server首先将一个服务按“属性/句柄/数值/描述”这种格式予以组织，然后调用API函数GATTServApp_RegisterService将服务数据进行注册。
举个实例吧，设提供一个电池电量服务字节，它允许Client读取，数据为一个8比特无符号数（0～100%），它的组织如下：
022500192A,这5个数据（小端格式）分别是：
0x02=只读属性，0x0025=句柄；
0x2A19=服务UUID。
18.问：
不明白Server提供服务中的UUID？
UUID（UniversalUniqueIdentifier）全球惟一标识符，本来是SIC组织分配给特定蓝牙服务的标识，如分配0x2A25为设备序列号的UUID，这样任意蓝牙设备都可以通过它得到另一个设备的序列号。
打个类比，它就像书名，如《现代操作系统》，所有人一看就知道它是计算机大师AndrewS.Tanenbaum写的书。
19.问：
什么是Server提供服务中的句柄呢？
句柄（Handle）就是服务数据在数据中心的地址，当所有的服务数据组织起来后，它总得有个先后顺序，某个服务的位置就是它的句柄。
还是上面的类比，如果想去图书馆借阅《现代操作系统》，需要查明该书在哪一层楼，哪个房间，这就是该书的Hanle。
20.问：
为什么Server提供的服务中有描述？
有些服务是有描述（Descriptor）的，它是用于Client配置该服务的功能（通知或者显示）。
像某人没有借到《现代操作系统》该书（可能是被别人借光了），他（她）可以打个电话给图书馆工作人员，请求一旦该书可以借阅了给他一个通知，这个过程相当于配置该书的Descriptor。
21.问：
服务的属性与描述有区别吗？
有区别，服务的属性是Server设置访问权限。
就像图书馆的工作人员可以设置《现代操作系统》仅能在阅览室看不能外借（只读），或者即可以看也可以外借（读/写）。
22.问：
Client如何访问Server的服务呢？
大致分三类：
读取服务的值，需要知道服务的UUID或者Handle；
写服务的值，需要知道服务的Hanle；
写服务描述符，需要知道该Descriptor的Hanle。
23.问：
如何知道一个服务的Handle？
根据服务的UUID调用API函数GATT_ReadUsingCharUUID
协议栈会返回该服务的Handle。
特别注意的是，一个服务的Descriptor的Handle总是该服务的Handle+1，如电池电量服务的Handle是0x0025，那么它的Descriptor的Handle是0x0026。
24.问：
Server可以访问Client吗？
蓝牙通信中，Server不能直接访问（读/写）Client，但是可以通知（Notification）Client，通知的前提是Client通过写Descriptor使能通知功能。
例如，某Server发现电池电量已经低于安全阀值，它可以调用GATT_Notification通知所有已连接的Client，但是Client接收后如果处理是它自己的事情。
25.问：
如果得知电池容量？
任何使用电池供电的设备都必须精确监控电池容量，否则设备可以突然断电而停止工作，它的基本原理是通过ADC（模数转换器）计算电池电压。
以CC2540芯片用一钮扣电池为例，电池电压从2.0v～3.0v，即电量的0%～100%；
CC2540有一10比特的ADC，量程范围为0～511，参考电压为1.25v，最大测量电压为3.75v，以上信息可以得知：
（v/3）/1.25*511=adc，则2.0v=273adc，3.0v=409adc，根据下图可以很容易得知ADC转换为电压的公式：
Percentage/（X–273）=100/136=25/34，变换后为：
Percentage=（X-273）*25/34，为四舍五入提高计算精度则有：
Percentage=[（X-273）*25+33]/34。
26.问：
蓝牙发射信号功率调整会影响通信距离吗？
会，以TI公司的CC2540为例，它支持4种发射功率选择：
4dBm、0dBm、-6dBm和-23dBm，按无线电功率定义：
LdBm=10lg（Pwr/1mW），以上4种分贝值换算成瓦特为：
2.51mW、1mW、0.251mW和0.005mW，有效通信距离分别为：
30米、10米、7米和3米。
27.问：
如何知道两个蓝牙通信节点之间的距离？
要知道蓝牙通信节点（如手机和蓝牙设备）之间的距离，最容易实现的方法是通过读取接收RSSI（ReceivedSignalStrengthIndication）值来计算。
无线通讯中功率与距离的关系如下：
其中A可以看作是信号传输1米远时接收信号的功率，n是传播因子（它受障碍，温度和湿度等影响），r是节点之间的距离。
当确定了常数A与n的值后，距离r就可以根据PR（dBm）计算出来。
28.问：
如何获取蓝牙节点的接收RSSI值？
具体的设备接收RSSI值的方法不一样，以iPhone手机为例，iOS提供API函数获取RSSI值；
TI公司的CC2540芯片的BLE协议栈中，首先将读取RSSI值回调函数挂载到gapRolesRssiRead_t类型的指针下，建立连接后，主设备调用GAPCentralRole_StartRssi（），从设备调用
GAPRole_SetParameter（GAPROLE_RSSI_READ_RATE,……）。
这样就可以定时读取接收的RSSI值了。
29.问：
如何开展读取RSSI值的实验？
读取RSSI值的实验可以这样搭建，主设备固定位置，向从设备发送信号，从设备LED光和Buzzer报警为通信成功，逐次移动从设备，而获取RSSI值随物理距离之间的关系。
下图是笔者做实验的数据：
Distance（m）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
RSSI（dBm）
-47
-59
-73
-80
-79
-85
-88
-86
-87
Loss（p）
11
27
50
32
22
49
实验器材为2块CC2540芯片，主芯片发射功率为4dBm（2.51mW），Loss是通信节点中失败次数。
30.问：
如何将接收RSSI实验数据得到距离计算公式呢？
最好的工具是EXCEL软件，以上表中的实验数据和EXCEL2007为例。
首先选中Distance和RSSI两行，点击“插入->
散列图”，软件会自动生成如下图：
选取其中任意点，点右键，“添加趋势线->
对数”，将会出现下图：
可见RSSI与距离的关系是比较符合指数函数，再点击“显示公式”
此时得到指数函数公式为：
y=-49.53–17.7ln（x），再把自然对数换成10常用对数，则有：
y=-49.53–40.71lg（x）。
通过以上几步就轻松得到RSSI与距离之间的计算公式。
31问：
针对RSSI采样值选用什么样的滤波算法？
RSSI采样值遵循以下特点：
有个别的脉冲干扰引起极大值和极小值的出现，其他采样数据值沿平均值分布，比较适合的算法是：
滑动防脉冲干扰平均滤波法。
它的原理是，设有N个单位的队列，用新的采样值覆盖旧的采样值，去除队列中最大值和最小值后，再计算队列中采样数据的平均值。
用C语言描述如下：
staticINT8SFilter（INT8SchVal）
{
#defineFIFO_NUM10
INT8SchMinVal,chMaxVal,chTemp;
INT16SnCnt,nSum;
staticINT8Ss_chIx=0,s_chIsFull=FALSE;
staticINT8Ss_achBuf[FIFO_NUM];
/*SavetheNEWvalue,kickouttheOLDestone*/
s_achBuf[s_chIx]=chVal;
if（++s_chIx>
=FIFO_NUM）
s_chIx=0;
/*Wrapto1thunit*/
s_chIsFull=TRUE;
}
/*NumberofsampleddatalessthanN*/
if（!
s_chIsFull）
nSum=0;
for（nCnt=0;
nCnt<
s_chIx;
++nCnt）
nSum+=s_achBuf[nCnt];
return（INT8S）（nSum/s_chIx）;
/*GettheSUMandMax.andMin.*/
chMaxVal=chMinVal=nSum=0;
FIFO_NUM;
chTemp=s_achBuf[nCnt];
nSum+=chTemp;
if（chTemp>
chMaxVal）
chMaxVal=chTemp;
elseif（chTemp<
chMinVal）
chMinVal=chTemp;
/*Calculatetheaverage*/
nSum-=（chMaxVal+chMinVal）;
/*SUBMax.andMin.*/
nSum/=（FIFO_NUM-2）;
/*Getaverage*/
return（INT8S）nSum;
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