㉒AW-A33 Linux驱动开发之蓝牙子系统驱动程序

蓝牙从出现开始,经历了1.0-5.0五个版本,每个版本都有不同的特性.随着版本编号的增加,蓝牙的功能也在不断改进.本文介绍了蓝牙标准从1.0-5.0,传输速率的改变,有效传输距离的增加,通信模式的变化,功能的改进.
1.0版本
传输率约在748~810kb/s,因是早期设计,容易受到同频率之间的类似通信产品干扰,影响通讯质量.这个初始版本支持Stereo音效的传输要求,但只能够以(单工)方式工作,加上带宽频率响应等指标不理想,并未算是最好的Stereo传输工具.

1.2版本
同样是只有748~810kb/s的传输率,但增加了抗干扰跳频功能,此处不对技术理论做深入详述.支持立体音音效的传输要求,但只能够以单工方式工作,加上带宽频率响应还是不理想,也不能作为立体声传输工具.

2.0版本
2.0是1.2的改良提升版,传输率约在1.8M/s~2.1M/s,可以双工工作.即一边作语音通讯,一边可以传输档案/高质素图片.2.0版本当然也支持Stereo运作.随后蓝牙2.0版本的芯片,增加了Stereo译码芯片,则连A2DP(Advanced Audio Distribution Profile)也可以不需要了.

2.1版本
.改善装置配对流程：以往在连接过程中,需要利用个人识别码来确保连接的安全性,而改进过后的连接方式则是会自动使用数字密码来进行配对与连接.蓝牙2.1版加入了Sniff Subtracting的功能,透过设定在2个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的目的.蓝牙2.1将装置之间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的0.1秒延长到0.5秒左右,如此可以让蓝牙芯片的工作负载大幅降低,也可让蓝牙可以有更多的时间可以彻底休眠,支持全双工通信模式.

3.0+HS版本
2009年4月21日,蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范"Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed".蓝牙3.0的核心是"Generic Alternate MAC/PHY"(AMP),这是一种全新的交替射频技术,允许蓝牙协议栈针对上一任务动态地选择正确射频.最初被期望用于新规范的技术包括802.11以及UMB,但是新规范中取消了UMB的应用.作为新版规范,蓝牙3.0的传输速度自然会更高,在802.11无线协议上.通过集成"802.11PAL",蓝牙3.0的数据传输率提高到了大约24Mbps(即可在需要的时候调用802.11WI-FI用于实现高速数据传输),是蓝牙2.0的八倍.功耗方面,通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消耗更多能量,但由于引入了增强电源控制(EPC)机制,再辅以802.11,实际空闲功耗会明显降低,蓝牙设备的待机耗电问题有望得到初步解决.此外,新的规范还具备通用测试方法(GTM)和单向广播无连接数据(UCD)两项技术,并且包括了一组HCI指令以获取密钥长度.据称,配备了蓝牙2.1模块的PC理论上可以通过升级固件让蓝牙2.1设备也支持蓝牙3.0.

4.0版本
蓝牙4.0最重要的特性是省电,极低的运行和待机功耗可以使一粒纽扣电池连续工作数年之久.此外,低成本和跨厂商互操作性,3毫秒低延迟、AES-128加密等诸多特色,可以用于计步器、心律监视器、智能仪表、传感器物联网等众多领域,大大扩展蓝牙技术的应用范围.它支持两种部署方式：双模式和单模式.双模式中,低功耗蓝牙功能集成在现有的经典蓝牙控制器中,或在现有经典蓝牙技术(2.1+EDR/3.0+HS)芯片上增加低功耗堆栈,整体架构基本不变,因此成本增加有限.Single mode只能与BT4.0互相传输无法向下兼容;Dual mode可以向下兼容,可与BT4.0传输,也可以跟3.0/2.1/2.0传输.单模式面向高度集成、紧凑的设备,使用一个轻量级连接层(Link Layer)提供超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复和可靠的点对多点数据传输,还能让联网传感器在蓝牙传输中安排好低功耗蓝牙流量的次序,同时还有高级节能和安全加密连接.蓝牙4.0将三种规格集一体,包括传统蓝牙技术、高速技术和低耗能技术,低功耗.4.0版本的功耗较老版本降低了90%.

4.1版本
如果说蓝牙 4.0主打的是省电特性的话,那么此次升级蓝牙4.1的关键词应当是IOT(物联网).
(1)批量数据的传输速度
蓝牙4.1在已经被广泛使用的蓝牙4.0 LE基础上进行了升级,使得批量数据可以以更高的速率传输.当然这并不意味着可以用蓝牙高速传输流媒体视频,这一改进的主要针对的还是刚刚兴起的可穿戴设备.例如已经比较常见的健康手环,其发送出的数据流并不大,通过蓝牙4.1能够更快速地将跑步、游泳、骑车过程中收集到的信息传输到手机等设备上,用户就能更好地实时监控运动的状况.

(2)通过IPV6连接到网络
除此之外,可穿戴设备上网不易的问题,也可以通过蓝牙4.1进行解决.新标准加入了专用通道允许设备通过 IPv6 联机使用.

(3)简化设备连接
有大量用户觉得蓝牙使用起来很麻烦,归根结底还是蓝牙设备较为复杂的配对、连接造成的.蓝牙4.1针对这点进行了改进,对于设备之间的连接和重新连接进行了很大幅度的修改,可以为厂商在设计时提供更多的设计权限,包括设定频段创建或保持蓝牙连接,这以改变使得蓝牙设备连接的灵活性有了非常明显的提升.两款带有蓝牙4.1的设备之前已经成功配对,重新连接时只要将这两款设备靠近,即可实现重新连接,完全不需要任何手动操作.

(4)蓝牙4.1提供的增强功能
AES加密技术提供更安全的连接.该功能使无线耳机更加适用于政府、医疗及银行等安全至上的应用领域.可通过专属Bluetooth Smart远程遥控器操控耳机、扬声器及条形音箱,并支持同步播放源于另一个完全不同设备的音频流.

4.2版本
2014年12月4日,蓝牙4.2标准颁布,改善了数据传输速度和隐私保护程度,可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网.在新的标准下蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备必须经过用户许可,否则蓝牙信号将无法连接和追踪用户设备.速度方面变得更加快速,两部蓝牙设备之间的数据传输速度提高了2.5倍,因为蓝牙智能(Bluetooth Smart)数据包的容量提高,其可容纳的数据量相当于此前的10倍左右.

5.0版本
(1)更快的传输速度
蓝牙5.0的开发人员称,新版本的蓝牙传输速度上限为2Mbps.

(2)更远的有效距离
蓝牙5.0的另外一个重要改进是,它的有效距离是上一版本的4倍.理论上,蓝牙发射和接收设备之间的有效工作距离可达300米.

(3)导航功能
蓝牙5.0将添加更多的导航功能,因此该技术可以作为室内导航信标或类似定位设备使用,结合wifi可以实现精度小于1米的室内定位.

(4)物联网功能
蓝牙5.0针对物联网进行了很多底层优化,力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务.

(5)升级硬件
此前的一些蓝牙版本更新只要求升级软件,但蓝牙5.0很可能要求升级到新的芯片.不过,旧的硬件仍可以兼容蓝牙5.0,你就无法享用其新的性能了.

(6)更多的传输功能
全新的蓝牙5.0能够增加更多的数据传输功能,硬件厂商可以通过蓝牙5.0创建更复杂的连接系统,比如Beacon或位置服务.因此通过蓝牙设备发送的广告数据可以发送少量信息到目标设备中,甚至无需配对.

(7)更低的功耗
蓝牙5.0将大大降低了蓝牙的功耗,使人们在使用蓝牙的过程中再也不必担心待机时间短的问题.

(8)真正支持无损传输
支持24bit/192KHz的无损音源传输,对现有的WIFI高保真无损音频传输形成有效威胁.

按照蓝牙技术规范,协议栈由下图的各层构成,无线电、链路控制器、链路管理器大致与OSI参考模型中的物理层、数据链路层、网络层对应.HCI是对硬件读/写数据的协议,因此,映射到传输层.蓝牙L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol, 逻辑链路控制和自适应协议)为会