使用BLE 4.2的系統(tǒng)設(shè)計－更快、更安全、更高效

藍(lán)牙4.2規(guī)范提供了三項全新特性，使基于BLE的無線系統(tǒng)比之前的系統(tǒng)更快、更安全、更高效，包括數(shù)據(jù)長度擴展、低功耗安全連接以及鏈路層隱私保護(hù)。但是，想要完全支持這些特性，則需要升級鏈路層控制器和/或BLE主機協(xié)議棧，也就是說，應(yīng)用設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計人員需要一塊支持BLE 4.2規(guī)范的BLE芯片。

那么芯片廠商需要采取哪些改變措施，才能完全支持這些新特性呢?

與BLE4.1相比，鏈路層控制器有兩個重大改變：

1. 支持251字節(jié)PDU：相比僅支持最大27字節(jié)PDU的BLE 4.1，BLE4.2鏈路層需要支持高達(dá)251字節(jié)的PDU，才能真正支持?jǐn)?shù)據(jù)長度擴展特性。因此，鏈路層硬件設(shè)計通常需要改變。

2. 地址解析 – 由于地址在鏈路層進(jìn)行解析，而解析表存儲于鏈路層控制器中，因此鏈路層控制器也需要升級。這也會影響大多數(shù)在硬件或硬件和固件中實現(xiàn)鏈路層的設(shè)備。

任何在硬件中實現(xiàn)的鏈路層的BLE設(shè)備都需要升級到符合藍(lán)牙4.2的芯片，而基于硬件和固件的鏈路層則很有可能需要對這兩者進(jìn)行更新。

對于主機控制器而言，最大的變化是：新增了安全加密功能、升級了配對過程和增加了數(shù)值比較關(guān)聯(lián)模式。在大多數(shù)設(shè)備中，主機控制器是在CPU中實現(xiàn)的，因此只要引入新特性就需要更新固件。BLE協(xié)議棧較復(fù)雜，而且通常由BLE芯片廠商提供，但不同設(shè)備使用協(xié)議棧的方法取決于設(shè)備生產(chǎn)廠商。

至于應(yīng)用，BLE廣泛地使用于遙控器、可穿戴設(shè)備、消費設(shè)備等應(yīng)用。這些市場發(fā)展迅速、產(chǎn)品生命周期較短，因此按時推出產(chǎn)品非常重要，否則將錯過機會。為了保證BLE 4.2芯片系統(tǒng)的市場價值，建設(shè)相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)、加速產(chǎn)品設(shè)計變得至關(guān)重要。

以PSoC Creator 中的BLE組件為例。PSoC Creator是面向賽普拉斯的BLE SoC產(chǎn)品的集成開發(fā)環(huán)境，可讓設(shè)計人員同時開發(fā)基于BLE的系統(tǒng)的硬件和軟件。設(shè)計人員也可以先使用PSoC Creator 設(shè)計出硬件，包括布置ADC、運放、對比器、計時器等各類外設(shè)，然后將它們互連，并導(dǎo)出到Eclipse或Keil等常用IDE。PSoC Creator中的各類外設(shè)使用圖標(biāo)表示，可根據(jù)要求拖放組件。

設(shè)計人員可以使用PSoC Creator中的BLE組件在圖形界面中向應(yīng)用添加新特性。這些BLE組件包含了藍(lán)牙4.2中定義的特性，可以非常方便地添加到系統(tǒng);此外，BLE組件還簡化了BLE協(xié)議棧的復(fù)雜性，幫助系統(tǒng)設(shè)計人員使用所有新特性，而且無需完成低層級的安裝更新。

圖1顯示了BLE組件允許設(shè)計人員選擇最大251字節(jié)的凈荷。之后如果需要的話，還可使用應(yīng)用編程接口(API)更改RX和TX凈荷大小。

圖2顯示了BLE組件允許設(shè)計人員選擇不同的參數(shù)和隱私選項。根據(jù)這些選擇生成所需API，用于向應(yīng)用添加安全特性。

但是，為了能夠在整個通信系統(tǒng)中使用這些特性，兩端通信設(shè)備都需要支持這些能力。某些設(shè)備目前可能不具備BLE 4.2能力。這種情況下，向后兼容性可以保證BLE 4.2的設(shè)備能與尚不支持BLE 4.2的設(shè)備配對。新款的智能手機通常如此——新款手機一般都支持最新的協(xié)議規(guī)范，但都必須要支持那些運行舊版協(xié)議棧的設(shè)備。但是，在BLE 4.2中，低功耗安全連接的嚴(yán)格配對特性一旦開啟，設(shè)備就不能與BLE 4.1或更低版本的設(shè)備配對。BLE 4.2設(shè)備中需要增加一小段代碼，以便在嘗試配對前檢查另一個設(shè)備是否支持低功耗安全連接嚴(yán)格配對特性。如果不支持，BLE 4.2設(shè)備應(yīng)不使用低功耗安全連接嚴(yán)格配對方法進(jìn)行配對。這樣的話，如果其它設(shè)備升級到BLE 4.2之后，它就可以在無需任何修改的情況下使用低功耗安全連接嚴(yán)格配對方法。此外，新設(shè)備可能已經(jīng)遷移至BLE 4.2，或與最新的BLE規(guī)范保持同步，以便利用最新規(guī)范的優(yōu)勢。

在產(chǎn)品設(shè)計周期的最初階段，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計人員面臨選擇BLE 4.1 (或更低版本)或BLE 4.2芯片時，其應(yīng)當(dāng)了解產(chǎn)品未來的升級需求，以便確保今后快速無縫轉(zhuǎn)換到新版規(guī)范。為避免今后重新流片來支持藍(lán)牙4.2特性，設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)使用符合藍(lán)牙4.2的BLE芯片。這樣，硬件只需研發(fā)一次，從而確保降低成本，并且降低固件開發(fā)成本和測試成本。

大多數(shù)廠商提供符合BLE 4.2標(biāo)準(zhǔn)的器件，并且與前幾代器件引腳兼容。因為廠商通常都希望保持高級API不變，因此在很多情況下為舊版芯片編寫的應(yīng)用固件同樣適用于BLE 4.2。因此，即使在生產(chǎn)階段，仍然可以使用支持最新版BLE規(guī)范的芯片升級硬件，并且沒有延誤。固件可以稍后升級來支持新特性。如果安裝了空中引導(dǎo)加載程序，那么產(chǎn)品發(fā)布后也可以進(jìn)行固件升級。

總的來說，使用符合最新版協(xié)議的組件設(shè)計系統(tǒng)時，生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)就非常重要;特別是產(chǎn)品周期較短、需要通過支持新特性來獲得差異化競爭力時，生態(tài)系統(tǒng)變得更加關(guān)鍵。對于那些需要支持未來升級、以便讓最終應(yīng)用在無需更改硬件的情況下支持最新版BLE規(guī)范的系統(tǒng)，應(yīng)考慮使用符合BLE 4.2規(guī)范的芯片。易用、基于GUI的開發(fā)工具可幫助設(shè)計人員輕松、經(jīng)濟(jì)高效地開發(fā)符合藍(lán)牙4.2的無線系統(tǒng)。

若欲詳細(xì)了解藍(lán)牙4.2的特性，請參閱應(yīng)用筆記AN99209或藍(lán)牙核心規(guī)范。