使用BLE 4.2的系統設計－更快、更安全、更高效：硬件升級

　　藍牙4.2規范提供了三項全新特性，使基于BLE的無(wú)線(xiàn)系統比之前的系統更快、更安全、更高效，包括數據長(cháng)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(shuō)，應用設備的系統設計人員需要一塊支持BLE 4.2規范的BLE芯片。

　　那么芯片廠(chǎng)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(gè)重大改變：

　　1. 支持251字節PDU：相比僅支持最大27字節PDU的BLE 4.1，BLE4.2鏈路層需要支持高達251字節的PDU，才能真正支持數據長(cháng)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(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(huì )影響大多數在硬件或硬件和固件中實(shí)現鏈路層的設備。

　　任何在硬件中實(shí)現的鏈路層的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(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(guò)程和增加了數值比較關(guān)聯(lián)模式。在大多數設備中，主機控制器是在CPU中實(shí)現的，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(chǎng)商提供，但不同設備使用協(xié)議棧的方法取決于設備生產(chǎn)廠(chǎng)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(chǎng)發(fā)展迅速、產(chǎn)品生命周期較短，因此按時(shí)推出產(chǎn)品非常重要，否則將錯過(guò)機會(huì )。為了保證BLE 4.2芯片系統的市場(chǎng)價(jià)值，建設相應的生態(tài)系統、加速產(chǎn)品設計變得至關(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(kāi)發(fā)環(huán)境，可讓設計人員同時(shí)開(kāi)發(fā)基于BLE的系統的硬件和軟件。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(shí)器等各類(lèi)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(lèi)外設使用圖標表示，可根據要求拖放組件。

　　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;此外，BLE組件還簡(jiǎn)化了BLE協(xié)議棧的復雜性，幫助系統設計人員使用所有新特性，而且無(wú)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字節的凈荷。之后如果需要的話(huà)，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和隱私選項。根據這些選擇生成所需API，用于向應用添加安全特性。

　　但是，為了能夠在整個(gè)通信系統中使用這些特性，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(kāi)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(gè)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(jìn)行配對。這樣的話(huà)，如果其它設備升級到BLE 4.2之后，它就可以在無(wú)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(jīng)遷移至BLE 4.2，或與最新的BLE規范保持同步，以便利用最新規范的優(yōu)勢。

　　在產(chǎn)品設計周期的最初階段，當系統設計人員面臨選擇BLE 4.1 (或更低版本)或BLE 4.2芯片時(shí)，其應當了解產(chǎn)品未來(lái)的升級需求，以便確保今后快速無(wú)縫轉換到新版規范。為避免今后重新流片來(lái)支持藍牙4.2特性，設計系統時(shí)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(kāi)發(fā)成本和測試成本。

　　大多數廠(chǎng)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(chǎng)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(xiě)的應用固件同樣適用于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規范的芯片升級硬件，并且沒(méi)有延誤。固件可以稍后升級來(lái)支持新特性。如果安裝了空中引導加載程序，那么產(chǎn)品發(fā)布后也可以進(jìn)行固件升級。

　　總的來(lái)說(shuō)，使用符合最新版協(xié)議的組件設計系統時(shí)，生態(tài)系統的狀態(tài)就非常重要;特別是產(chǎn)品周期較短、需要通過(guò)支持新特性來(lái)獲得差異化競爭力時(shí)，生態(tài)系統變得更加關(guān)鍵。對于那些需要支持未來(lái)升級、以便讓最終應用在無(wú)需更改硬件的情況下支持最新版BLE規范的系統，應考慮使用符合BLE 4.2規范的芯片。易用、基于GUI的開(kāi)發(fā)工具可幫助設計人員輕松、經(jīng)濟高效地開(kāi)發(fā)符合藍牙4.2的無(wú)線(xiàn)系統。

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