低功耗蓝牙开发权威指南

译者序

前言

第一部分　综　　述

第1章　什么是低功耗蓝牙技术 2

1.1　设备类型 4

1.2　设计目标 5

1.3　术语 6

第2章　基本概念 8

2.1　纽扣电池 8

2.2　时间即能量 9

2.3　昂贵的内存 10

2.4　非对称设计 10

2.5　为成功而设计 11

2.6　凡事皆有状态 12

2.7　客户端–服务器架构 12

2.8　模块化架构 13

2.9　十亿只是个小数目 14

2.10　无连接模型 14

2.11　范式 14

2.11.1　客户端–服务器架构 14

2.11.2　面向服务的架构 15

第3章　低功耗蓝牙的体系结构 19

3.1　控制器 20

3.1.1　物理层 20

3.1.2　直接测试模式 20

3.1.3　链路层 21

3.1.4　主机/控制器接口 22

3.2　主机 22

3.2.1　逻辑链路控制和适配协议 22

3.2.2　安全管理器协议 23

3.2.3　属性协议 23

3.2.4　通用属性规范 24

3.2.5　通用访问规范 25

3.3　应用层 25

3.3.1　特性 26

3.3.2　服务 26

3.3.3　规范 26

3.4　协议栈划分 27

3.4.1　单芯片解决方案 27

3.4.2　双芯片解决方案 28

3.4.3　三芯片解决方案 28

第4章　新的使用模型 30

4.1　存在检测 30

4.2　广播数据 31

4.3　无连接模式 31

4.4　网关 32

第二部分　控　制　器

第5章　物理层 36

5.1　背景 36

5.2　模拟调制 36

5.3　数字调制 38

5.4　频段 39

5.5　调制 40

5.6　射频信道 41

5.7　发射功率 41

5.8　容限 42

5.9　接收机灵敏度 42

5.10　通信距离 42

第6章　直接测试模式 45

6.1　背景 45

6.2　收发机测试 46

6.2.1　测试报文格式 46

6.2.2　发射机测试 47

6.2.3　接收机测试 47

6.3　硬件接口 48

6.3.1　串口 48

6.3.2　命令与事件 48

6.4　使用HCI的直接测试模式 50

第7章　链路层 51

7.1　链路层状态机 51

7.1.1　就绪态 52

7.1.2　广播态 53

7.1.3　扫描态 53

7.1.4　发起态 54

7.1.5　连接态 55

7.1.6　多状态机 55

7.2　报文 57

7.2.1　广播与数据报文 57

7.2.2　白化 57

7.3　报文结构 59

7.3.1　比特序与字节 60

7.3.2　前导 60

7.3.3　接入地址 60

7.3.4　报头 61

7.3.5　长度 61

7.3.6　净荷 63

7.3.7　循环冗余校验 63

7.4　信道 63

7.4.1　跳频 66

7.4.2　自适应跳频 66

7.5　设备发现 68

7.5.1　通用广播 69

7.5.2　定向广播 69

7.5.3　不可连接广播 70

7.5.4　可发现广播 70

7.6　广播 70

7.7　建立连接 71

7.7.1　接入地址 72

7.7.2　CRC初始化 72

7.7.3　发送窗口 72

7.7.4　连接事件 73

7.7.5　信道图 74

7.7.6　睡眠时钟精度 74

7.8　发送数据 74

7.8.1　数据报头 75

7.8.2　逻辑链路标识符 75

7.8.3　序列号 76

7.8.4　确认 76

7.8.5　更多数据 77

7.8.6　使用序列号和更多数据的例子 77

7.9　加密 79

7.9.1　AES 79

7.9.2　加密净荷数据 80

7.9.3　消息完整性校验 81

7.10　管理连接 82

7.10.1　连接参数更新 83

7.10.2　自适应跳频 84

7.10.3　启动加密 85

7.10.4　重启加密 87

7.10.5　版本交换 87

7.10.6　功能交换 89

7.10.7　终止连接 90

7.11　鲁棒性 90

7.11.1　自适应跳频 90

7.11.2　强CRC 92

7.12　为低功耗优化 93

7.12.1　短报文 93

7.12.2　高比特率 94

7.12.3　低开销 95

7.12.4　确认机制 96

7.12.5　单信道连接事件 96

7.12.6　亚速率连接事件 97

7.12.7　离线加密 98

第8章　主机/控制器接口 99

8.1　介绍 99

8.2　物理接口 99

8.2.1　UART 99

8.2.2　3线UART 100

8.2.3　USB 101

8.2.4　SDIO 102

8.3　逻辑接口 102

8.3.1　HCI信道 102

8.3.2　命令数据包 102

8.3.3　事件数据包 103

8.3.4　数据包 104

8.3.5　命令流控 105

8.3.6　数据流控 106

8.4　控制器的配置 106

8.4.1　重置控制器为已知状态 106

8.4.2　读取设备地址 107

8.4.3　设置事件掩码 107

8.4.4　读取缓冲区大小 108

8.4.5　读取控制器支持的功能 109

8.4.6　读取控制器支持的状态 109

8.4.7　随机数 110

8.4.8　加密数据 110

8.4.9　设置随机地址 111

8.4.10　白名单 112

8.5　广播和观察 112

8.5.1　广播 112

8.5.2　被动扫描 114

8.5.3　主动扫描 115

8.6　发起连接 116

8.6.1　与白名单设备发起连接 116

8.6.2　与单一设备发起连接 118

8.6.3　取消连接请求 118

8.7　连接管理 119

8.7.1　更新连接 119

8.7.2　更新信道映射图 120

8.7.3　交换功能列表 121

8.7.4　交换版本信息 121

8.7.5　加密连接 122

8.7.6　重启加密 123

8.7.7　终止连接 125

第三部分　主　　机

第9章　逻辑链路控制和适配协议 128

9.1　背景 128

9.2　L2CAP信道 130

9.3　L2CAP数据包结构 130

9.4　低功耗信令信道 131

9.4.1　命令拒绝 132

9.4.2　连接参数更新请求和响应 132

第10章　属性 135

10.1　背景 135

10.1.1　精简协议 136

10.1.2　无所不在的数据 136

10.1.3　数据与状态 137

10.1.4　几种常见的状态 137

10.1.5　状态机 138

10.1.6　服务和规范 139

10.2　属性 142

10.2.1　属性概述 143

10.2.2　属性句柄 143

10.2.3　属性类型 143

10.2.4　属性值 144

10.2.5　数据库、服务器和客户端 145

10.2.6　属性许可 145

10.2.7　接入属性 147

10.2.8　原子操作和事务 148

10.3　分组 149

10.4　服务 150

10.4.1　扩展服务 151

10.4.2　其他服务的重用 153

10.4.3　结合服务 153

10.4.4　首要还是次要 154

10.4.5　即插即用的客户端应用 156

10.4.6　服务声明 157

10.4.7　包含服务 158

10.5　特性 159

10.5.1　特性声明 159

10.5.2　特性数值 161

10.5.3　描述符 161

10.6　属性协议 164

10.6.1　协议消息 165

10.6.2　交换MTU请求 165

10.6.3　查找信息请求 166

10.6.4　按类型值查找请求 167

10.6.5　按类型读取请求 168

10.6.6　读取请求 168

10.6.7　大对象读取请求 168

10.6.8　多重读取请求 169

10.6.9　按组类型读取请求 169

10.6.10　写入请求 169

10.6.11　写入命令 169

10.6.12　签名写入命令 169

10.6.13　准备写入请求与执行写入请求 170

10.6.14　句柄值通知 171

10.6.15　句柄值指示 171

10.6.16　错误响应 171

10.7　通用属性规范 173

10.7.1　发现规程 174

10.7.2　发现服务 174

10.7.3　特性发现 175

10.7.4　客户端发起规程 176

10.7.5　服务器发起规程 178

10.7.6　属性协议数据单元（ATT PDU）到GATT规程的映射 178

第11章　安全 180

11.1　安全概念 180

11.1.1　认证 180

11.1.2　授权 181

11.1.3　完整性 181

11.1.4　机密性 182

11.1.5　隐私 182

11.1.6　加密引擎 182

11.1.7　共享机密 182

11.2　配对和绑定 185

11.2.1　配对 185

11.2.2　配对信息交换 185

11.2.3　认证 186

11.2.4　密钥分配 187

11.2.5　绑定 188

11.3　数据签名 188

第12章　通用访问规范 189

12.1　背景 189

12.1.1　初次发现 190

12.1.2　建立初始连接 191

12.1.3　服务特性 191

12.1.4　长期关系 192

12.1.5　重连 192

12.1.6　私有地址 193

12.2　GAP角色 193

12.3　模式和规程 194

12.3.1　广播模式和观察规程 195

12.3.2　可发现性 195

12.3.3　可连接性 197

12.3.4　绑定 199

12.4　安全模式 200

12.5　广播数据 201

12.5.1　标识 202

12.5.2　服务 202

12.5.3　本地名称 203

12.5.4　发射功率等级 203

12.5.5　从设备连接间隔范围 203

12.5.6　服务请求 203

12.5.7　服务数据 203

12.5.8　制造商指定数据 203

12.6　GAP服务 204

12.6.1　设备名特性 204

12.6.2　外观特性 204

12.6.3　外围设备隐私标识 204

12.6.4　重连地址 205

12.6.5　外围设备首选连接参数 205

第四部分　应　　用

第13章　中央设备 208

13.1　背景 208

13.2　发现设备 208

13.3　连接设备 209

13.4　这个设备能做什么 210

13.5　通用客户端 211

13.6　与服务交互 211

13.6.1　可读特性 212

13.6.2　控制点 212

13.6.3　状态机 213

13.6.4　通知和指示 214

13.7　绑定 214

13.8　变更服务 215

13.9　实现规范 216

13.9.1　定义规范 216

13.9.2　查找服务 217

13.9.3　查找特性 217

13.9.4　使用特性 217

13.9.5　规范安全 217

第14章　外围设备 219

14.1　背景 219

14.2　仅广播 219

14.3　可发现 220

14.4　可连接 220

14.5　公开服务 221

14.6　特性 221

14.7　安全事项 222

14.8　为低功耗优化 222

14.8.1　可发现广播 224

14.8.2　绑定 224

14.8.3　可连接广播 224

14.8.4　定向广播 225

14.8.5　已连接 225

14.8.6　保持连接还是断开 226

14.9　优化属性 227

第15章　测试和质量鉴定 229

15.1　启动项目 229

15.2　选择功能 231

15.3　一致性检查 232

15.4　生成测试计划 232

15.5　建立合规文件夹 232

15.6　鉴定测试 233

15.7　鉴定设计 234

15.8　合规声明 234

15.9　产品名录 234

15.10　结合组件 235

低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE）与传统蓝牙技术有着本质的不同，它为医疗、运输等领域的无线应用带来了突破。只需一枚硬币大小的电池，低功耗蓝牙便可以连接并扩展各类个人局域网（Personal Area Network，PAN）设备和新一代传感器，令其可靠地运行若干年。如今，该标准的主要制定者之一为每位系统开发者、设计师和工程师撰写了本全面、易懂的低功耗蓝牙著作。

首本系统讲解蓝牙4.0的原理、体系结构、硬件设计以及应用等的书籍。
　　 作者系蓝牙4.0标准参与制定者、架构师，性毋庸置疑。
　　 本是学习蓝牙4.0标准不可或缺的参考手册。