基本信息

書名:低功耗藍牙智能硬件開發實戰

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作者:譚康喜

出版社：人民郵電出版社

出版日期：2018-12-01

ISBN：9787115494443

字數：555000

頁碼：398

版次：

裝幀：平裝

開本：16開

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編輯推薦

小米公司聯合創始人王川等人作序推薦側重於工程項目和開發實戰，凸顯實用性和通用性全面涵蓋小米公司電視部門低功耗藍牙技術的產品化細節低功耗藍牙是藍牙技術聯盟設計和銷售的一種個人局域網技術，旨在用於醫療保健、運動健身、信標、安防、家庭娛樂等領域的新興應用。低功耗藍牙技術憑借其具備的良好特性（比如低功耗、低成本、抗干擾能力強等）贏得了廣大的開發人員和用戶的認可，已經成為主流的低功耗、近距離無線通信技術。本書內容源自作者多年的工作經驗總結，側重於開發實戰，從“低功耗藍牙體繫結構及協議棧分析”、“開發實例講解”和“藍牙調試”三個方面對低功耗藍牙進行了全方位的介紹。本書適合藍牙應用工程師、藍牙協議棧工程師、藍牙固件開發工程師閱讀，也適合對物聯網和智能硬件感興趣的讀者閱讀。繫統篇低功耗藍牙簡介Android藍牙繫統框架和代碼結構GKI模塊簡介Bluedroid的消息傳遞機制TASK簡介Bluedroid狀態機簡介HCI接口層簡介L2CAP簡介Bluedroid的初始化流程藍牙設備的掃描流程SMP簡介LE屬性協議簡介LE屬性數據庫掃描過程的代碼分析低功耗藍牙HID設備的連接分析過程開發篇Find Me功能的實現LE設備接近配對的實現基於LE廣播的無線電子設備的喚醒方法基於LE廣播的繫統Recovery的操作實現藍牙HID設備OTA升級的設計和實現加速度傳感器在低功耗藍牙設備上的應用LE繫統快速更新連接參數的設計和實現LE語音編解碼和傳輸調試篇開發工具藍牙繫統Bug分析

內容提要

低功耗藍牙技術憑借著低功耗、低帶寬、低成本、低復雜性、低時延、強抗干擾能力、強大的安全性、良好的拓撲結構等特點，贏得了廣大開發人員和用戶的認可，已經成為主流的低功耗、近距離無線通信技術。《低功耗藍牙智能硬件開發實戰》共分為25章，內容分別涵蓋了藍牙的發展歷史、低功耗藍牙的核心繫統架構、幾種短距離無線通信技術的簡單介紹和選擇方法、Bluedroid協議棧的架構和功能模塊的分析、SMP的3個階段介紹、LE屬性協議、LE屬性數據庫的構建和查詢方法及查詢代碼分析、BLE Hid設備的連接過程、Find me功能的實現、電池服務和電量的讀取、LE設備接近配對的實現、基於LE廣播的無線電子設備的喚醒方法、基於LE廣播的繫統Recovery的操作實現、藍牙HID設備OTA升級的設計和實現、加速度傳感器在低功耗藍牙設備上的應用、LE繫統快速更新連接參數的設計和實現、LE語音編解碼和傳輸、開發工具介紹、藍牙繫統Bug分析。《低功耗藍牙智能硬件開發實戰》側重於實戰，低功耗藍牙體繫結構及協議棧分析、開發實例講解和藍牙調試3個方面的內容詳細豐富，適合藍牙應用工程師、藍牙協議棧工程師、藍牙固件工程師閱讀，也適合對BLE、人工智能、物聯網和智能硬件感興趣的讀者閱讀。

目錄

第 1章 低功耗藍牙簡介11.1  概述  11.2  藍牙歷史版本介紹  11.2.1  藍牙1.1標準和1.2標準  11.2.2  藍牙2.0標準  21.2.3  藍牙2.1+EDR標準  21.2.4  藍牙3.0+HS標準  31.2.5  藍牙4.0標準  31.2.6  藍牙4.1標準  31.2.7  藍牙4.2標準  41.2.8  藍牙5.0標準  51.2.9  藍牙2016年技術藍圖  51.2.10  藍牙版本演進編年史  61.3  藍牙4.0概述  71.3.1  什麼是藍牙4.0  71.3.2  藍牙4.0的架構  71.3.3  藍牙4.0協議增加的新特性  71.4  藍牙4.0核心架構分析  81.4.1  低功耗藍牙概述  81.4.2  核心繫統架構  101.4.3  核心構架模塊介紹  131.5  基於Bluetooth 4.0的新應用  141.6  BLE、ZigBee和WiFi的介紹和選擇  161.6.1  ZigBee技術介紹  161.6.2  WiFi技術介紹  171.6.3  BLE、ZigBee和WiFi的選擇  17第  2章 Android藍牙繫統框架和代碼結構  192.1  概述  192.2  Application Framework  202.3  Bluetooth Process  212.4  Bluetooth JNI  212.5  Bluetooth HAL  212.6  Bluedroid Stack  212.7  Bluedroid的代碼結構分析  222.7.1  MAIN  222.7.2  BTA  232.7.3  BTIF  232.7.4  HCI  272.7.5  STACK  29第3章  GKI模塊簡介  313.1  概述  313.2  GKI事件的原理  313.3  GKI主要數據結構  313.4  GKI管理的線程  353.5  線程相關主要函數  363.6  消息相關主要函數介紹  393.6.1  GKI_wait函數  393.6.2  GKI_send_event函數  413.6.3  GKI_send_msg函數  423.6.4  GKI_read_mbox函數  433.6.5  pthread_cond_wait函數  433.7  動態內存池管理主要函數  44第4章  Bluedroid的消息傳遞機制  454.1  概述  454.2  消息傳遞相關結構體的定義  464.3  消息的動態內存的獲取  464.4  消息的初始化及發送  494.5  消息的讀取和處理  514.6  消息的完整數據結構剖析  54第5章  TASK簡介  575.1  概述  575.1.1  TASK之間的消息傳遞  575.1.2  事件的類型  585.2  TASK處理消息的流程  58第6章  Bluedroid狀態機簡介  666.1  Profile狀態機介紹  666.2  Profile狀態機的結構設計  676.3  狀態機的注冊  696.4  狀態機的驅動力來源  706.5  Action函數列表  716.6  狀態機的狀態集合  726.7  Event處理函數介紹  74第7章  HCI接口層簡介  767.1  概述  767.2  接口間的函數調用關繫  767.3  bt_hc_if接口的定義和獲取  777.3.1  bt_hc_if接口定義  777.3.2  bt_hc_if接口的獲取  787.4  hc_callbacks函數集合的定義和注冊  787.4.1  hc_callbacks函數集合的定義  787.4.2  hc_callbacks函數集合的注冊  797.5  bluetoothHCLibInterface的init函數介紹  807.6  libbt-vendor接口的獲取、初始化和使用  817.6.1  libbt-vendor的接口函數集合  817.6.2  libbt-vendor接口的獲取和使用  827.6.3  libbt-vendor的初始化  837.7  命令和數據的發送與接收  847.7.1  命令和數據的發送接口  847.7.2  命令處理結果和數據的接收接口  867.7.3  H4層接收解析函數的分析  897.8  HCI裸數據的分析  957.9  本章總結  96第8章  L2CAP簡介  988.1  概述  988.2  L2CAP的組成部分和功能  998.2.1  L2CAP的兩個組成部分  998.2.2  L2CAP的功能  998.3  設備間的操作  1008.3.1  操作模式  1008.3.2  L2CAP連接類型  1008.4  L2CAP數據包  1008.4.1  L2CAP數據包格式  1018.4.2  信號包格式  1018.5  L2CAP的使用  1028.6  LE數據包格式分析  1028.7  L2CAP的CSM（Channel State Machine）介紹  1048.7.1  子狀態機介紹  1058.7.2  OPEN子狀態機處理函數  1078.8  Profile在L2CAP的注冊和函數回調機制  1118.8.1  Profile的注冊  1118.8.2  Profile的注冊回調函數集合的回調機制  1148.9  L2CAP的數據的發送和接收過程  1158.9.1  數據的發送  1158.9.2  數據的接收  116第9章  Bluedroid的初始化流程  1229.1  概述  1229.2  協議棧的bluetoothInterface接口的獲取過程  1229.3  打開藍牙的接口的調用  1239.4  第 一階段：前期準備階段  1249.5  第二階段：藍牙Firmware的加載階段  1279.5.1  Firmware加載的總體思想  1279.5.2  發起Firmware加載的入口  1289.5.3  Firmware加載的過程  1289.6  第三階段：後期初始化階段  1319.6.1  底層協議棧的初始化  1329.6.2  上層協議棧的初始化  136第  10章 藍牙設備的掃描流程  14510.1  概述  14510.2  JNI層掃描入口和協議棧回調機制  14510.2.1  掃描入口  14510.2.2  回調機制  14710.3  藍牙掃描流程的啟動過程  14710.4  藍牙設備的Inquiry過程  15210.5  藍牙設備的Discover過程  15610.6  本章總結  158第  11章 SMP簡介  16011.1  什麼是SMP  16011.2  SM在Host側的位置  16111.3  SMP的流程介紹  16111.3.1  SM第 1階段—配對特征的交換  16211.3.2  第 2階段—根據特征信息配對  16511.3.3  第3階段—Key的分發過程  17311.4  SMP協議包分析  17311.5  問和答  175第  12章 LE屬性協議簡介  17712.1  概述  17712.2  屬性的構成  17712.3  屬性值的介紹  17912.4  屬性數據庫的構建過程  18012.4.1  Gatt Profile分層設計  18012.4.2  Gatt Service的構建  18112.4.3  特性的構建  18212.5  獲取屬性數據庫的過程  18312.5.1  GATT服務的獲取和設置過程  18312.5.2  服務的查詢過程  18812.5.3  包含服務、特性和特性描述的查詢過程  191第  13章 LE屬性數據庫掃描過程的代碼分析  19513.1  Discover過程的發起  19513.2  主要服務的Discover過程  19713.3  Discover過程回調函數的注冊過程  21013.4  包含服務的Discover過程  21113.5  特性的Discover過程  21613.6  特性描述的Discover過程  21813.7  Discover過程的結束  22413.8  服務的上報過程  22613.8.1  服務的查詢和發起上報過程  22613.8.2  上報服務的回調函數的注冊過程  22713.8.3  服務的上報過程  23013.8.4  服務上報過程的日志分析  237第  14章 低功耗藍牙HID設備的連接過程分析  24214.1  概述  24214.2  連接過程的發起  24214.3  Hid服務的特性、特性描述的讀取和存儲  24814.3.1  查詢和存儲過程  24814.3.2  查詢結果列表和分析  25214.4  連接過程的完成和輸入設備的創建  25414.4.1  連接過程的完成和創建輸入設備  25414.4.2  Hid按鍵的上報  257第  15章 Find Me功能的實現  26015.1  概述  26015.2  Find Me功能的技術原理  26015.3  Find Me功能的代碼實現  26115.3.1  Find Me功能的觸發函數  26115.3.2  BluetoothGatt接口的獲取  26215.3.3  Hid設備列表的獲取  262第  16章 低功耗藍牙電池服務和電量的讀取  26416.1  概述  26416.2  電量讀取和電量變化回調函數的注冊  26416.3  電量讀取的發起和電量變化特性配置描述的設置  26616.4  電池電量讀取的btsnoop數據解析  267第  17章 LE設備接近配對的實現  26917.1  概述  26917.2  RSSI與LQI、接收距離之間的關繫  27017.3  接近配對的簡化實現  27117.4  接近配對代碼示例  272第  18章 基於LE廣播的無線電子設備的喚醒方法  27518.1  概述  27518.2  無線電子設備的喚醒的硬件原理  27618.3  無線電子設備的喚醒的軟件實現  27618.3.1  無線電子設備關機後喚醒的軟件邏輯實現  27618.3.2  無線電子設備通電後喚醒的軟件邏輯實現  27818.4  傳輸喚醒白名單列表和啟動喚醒功能的命令的定義  27818.5  喚醒廣播包的數據格式  27918.6  喚醒廣播包的處理邏輯  28118.6.1  主機的處理邏輯  28118.6.2  設備的廣播邏輯  28218.7  喚醒廣播包的數據分析  283第  19章 基於LE廣播的繫統Recovery的操作實現  28419.1  概述  28419.2  小米電視和盒子的繫統恢復模式的介紹  28419.3  基於接收廣播按鍵信息的Recovery繫統框架  28519.4  廣播包按鍵信息的定義  28619.5  進入Recovery的方法  28619.6  按鍵廣播包的接收、解析和上報的代碼分析  287第  20章 藍牙HID設備OTA升級的設計和實現  29720.1  概述  29720.2  Hid設備OTA升級總體流程設計  29720.3  Hid設備OTA升級命令定義  29820.4  Hid設備OTA升級的總體程序設計  30520.4.1  總體設計  30520.4.2  Kernel層Hidraw getReport的實現過程  30620.4.3  Kernel層Hidraw setReport的實現過程  30720.4.4  JNI層Hidraw getReport函數的實現  30820.4.5  JNI層Hidraw setReport函數的實現  31020.5  Java層OTA升級程序示例  31220.6  Hidraw setReport、getReport命令的數據分析  320第  21章 加速度傳感器在低功耗藍牙設備上的應用  32521.1  概述  32521.2  藍牙輸入相關子繫統、G-Sensor子繫統簡介  32521.3  加速度傳感器設備的創建過程  32621.3.1  Bluedroid發起的設備注冊過程  32621.3.2  Kernel中Hid設備的創建過程  32721.4  加速度傳感器的驅動注冊過程  33021.5  Sensor數據從Bluedroid到傳感器驅動的傳輸過程  336第  22章 LE繫統快速更新連接參數的設計和實現  34022.1  概述  34022.2  更新連接參數的常規方法、快速更新連接參數踫到的困難及解決思路  34322.2.1  更新連接參數的常規方法介紹  34322.2.2  快速更新連接參數踫到的困難及解決思路  34522.3  快速更新連接參數的實現及應用  34522.3.1  快速更新連接參數的實現方法  34522.3.2  快速更新連接參數在語音傳輸中的應用  348第  23章 LE語音編解碼和傳輸  35023.1  概述  35023.2  音頻采集、處理和藍牙傳輸的軟硬件過程  35123.3  ADPCM介紹  35323.3.1  ADPCM的概念  35323.3.2  ADPCM編碼框圖  35423.4  遙控器語音傳輸的總體流程  35423.5  主機端的語音數據的接收處理流程  35623.5.1  傳統語音數據的接收處理流程  35623.5.2  基於Hidraw接口的語音數據的接收處理流程  35623.6  基於ADPCM的一種語音壓縮編碼數據的傳輸格式定義  35723.6.1  語音壓縮編碼數據起始幀的定義  35723.6.2  語音壓縮編碼數據楨的第 1部分定義  35823.6.3  語音壓縮編碼數據楨其他部分定義  35823.6.4  語音壓縮編碼數據結束幀的定義  35823.6.5  完整語音壓縮編碼數據楨的格式定義  35923.7  基於ADPCM的一種語音壓縮編碼數據的接收數據的格式解析  35923.7.1  語音壓縮編碼數據起始幀的接收數據格式解析  35923.7.2  語音壓縮編碼數據的數據幀的第 1幀的第 1部分的接收數據格式解析  36023.7.3  語音壓縮編碼數據的數據幀第 2幀的第 1部分的接收數據格式解析  36123.7.4  語音壓縮編碼數據結束幀的接收數據格式解析  36223.8  基於Hidraw的語音壓縮編碼數據的接收和處理的代碼示例  36223.8.1  /dev/hidrawX設備的尋找過程  36223.8.2  ADPCM語音壓縮編碼數據的讀取和解碼的代碼示例  364第  24章 開發工具  37224.1  概述  37224.2  Ellisys藍牙協議分析儀  37224.3  Ellisys HCI分析  37524.4  Ellisys頻譜分析  37624.5  Ellisys時序和邏輯分析  37724.6  Ellisys空中抓包  37824.7  Ellisys組網分析  38024.8  Ellisys集成化音頻分析  38024.9  其他  381第  25章 藍牙繫統Bug分析  38325.1  概述  38325.2  內存操作越界引發藍牙重啟的一個Bug分析  38425.2.1  內存操作越界Bug描述  38425.2.2  內存操作越界引發藍牙重啟的Bug分析過程  38525.3  繫統IO繁忙時寫btsnoop日志效率低導致藍牙通信卡頓的Bug分析  38925.3.1  寫btsnoop日志效率低的Bug描述  38925.3.2  寫btsnoop日志效率低的Bug分析  38925.3.3  Bug的解決方法  39025.4  藍牙數據總線丟失數據導致藍牙重啟  39125.4.1  導致藍牙重啟的Bug描述  39125.4.2  導致藍牙重啟的日志分析  39125.4.3  解決問題的方法  39425.5  藍牙核心協議規範關於斷連接流程的設計缺陷  3925.5.1  斷連接流程的設計缺陷引發的Bug描述  39525.5.2  問題背景介紹  39525.5.3  Bug分析過程  39625.5.4  解決問題的方法  398

作者介紹

譚康喜，小米公司高 級軟件工程師，從事Android應用、Linux驅動、藍牙、WiFi和藍牙外設的開發工作，目前的主要工作方向是低功耗藍牙；是較早從事低功耗藍牙研究和開發的一批人之一；申請外發明專利120餘項，目前已授權12項，美國已授權1項。

序言