使用BLE 4.2的系統(tǒng)設計－更快、更安全、更高效

藍牙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。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，應用設備的系統(tǒng)設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251字節(jié)的PDU，才能真正支持數(shù)據(jù)長度擴展特性。因此，鏈路層硬件設計通常需要改變。

2. 地址解析 – 由于地址在鏈路層進行解析，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)鏈路層的設備。

任何在硬件中實現(xiàn)的鏈路層的BLE設備都需要升級到符合藍牙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)值比較關聯(lián)模式。在大多數(shù)設備中，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)議棧較復雜，而且通常由BLE芯片廠商提供，但不同設備使用協(xié)議棧的方法取決于設備生產廠商。

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

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

設計人員可以使用PSoC Creator中的BLE組件在圖形界面中向應用添加新特性。這些BLE組件包含了藍牙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)議棧的復雜性，幫助系統(tǒng)設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，兩端通信設備都需要支持這些能力。某些設備目前可能不具備BLE 4.2能力。這種情況下，向后兼容性可以保證BLE 4.2的設備能與尚不支持BLE 4.2的設備配對。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)議棧的設備。但是，在BLE 4.2中，低功耗安全連接的嚴格配對特性一旦開啟，設備就不能與BLE 4.1或更低版本的設備配對。BLE 4.2設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備是否支持低功耗安全連接嚴格配對特性。如果不支持，BLE 4.2設備應不使用低功耗安全連接嚴格配對方法進行配對。這樣的話，如果其它設備升級到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格配對方法。此外，新設備可能已經遷移至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。

在產品設計周期的最初階段，當系統(tǒng)設計人員面臨選擇BLE 4.1 (或更低版本)或BLE 4.2芯片時，其應當了解產品未來的升級需求，以便確保今后快速無縫轉換到新版規(guī)范。為避免今后重新流片來支持藍牙4.2特性，設計系統(tǒng)時應使用符合藍牙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標準的器件，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用固件同樣適用于BLE 4.2。因此，即使在生產階段，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加載程序，那么產品發(fā)布后也可以進行固件升級。

總的來說，使用符合最新版協(xié)議的組件設計系統(tǒng)時，生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)就非常重要;特別是產品周期較短、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)變得更加關鍵。對于那些需要支持未來升級、以便讓最終應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)工具可幫助設計人員輕松、經濟高效地開發(fā)符合藍牙4.2的無線系統(tǒng)。

若欲詳細了解藍牙4.2的特性，請參閱應用筆記AN99209或藍牙核心規(guī)范。