蓝牙基础知识进阶——Physical channel

从本篇文章开始，晓东将会和大家一起来学习一些蓝牙的比较高阶的基础知识。

二、物理通道
物理通道是piconet区分的标准，它是蓝牙系统结构层次中的最底层了。

Q1：物理通道有哪些类型

物理通道通常可以分为四种类型：

1、basicpiconet channel

2、adaptedpiconet channel

这两种channel是两个已经连接设备之间通信使用的。也就是说他们和特定的微微网之间是相关联的。

3、inquiry scanchannel：用于discovering蓝牙设备

4、page scanchannel：用于连接蓝牙设备。

Basic Piconet Channel

Q2：Basicpiconet channel是如何工作的

在Basic piconetchannel中，它会把通道分为以625μs为单位的时间长度（slot），使用的是TDD的策略进行传输，可以理解为TX和RX是时分双工的。需要注意的是packet的开始和slot的开始需要是对齐的。从目前的packet
type来看，最长会占用5个time slot。多packet的slot传输情况见下图四。



图四 多slot packet的传输示意图

Q3：为什么都是占奇数个slot啊，有偶数个的么？

从目前来看，各种packet type所占的slot只有三种，分别占1,3,5个slot，暂未有偶数个的slot的packet出现。另外，需要注意的是master的tx需要在奇数个的slot开始，rx必须在偶数个的slot开始。

packet的平均漂移和625μs相比，不能超过20ppm。瞬时的时间和平均时间偏差不能超过1μs。

Q4：既然有时间的偏差，那么rx的时候是否有对应的机制

是的，在rx的时候，我们是用一个windows来监听的，而不是说就在625μs那个点去监听。目前的监听window的大小是20μs，也就是说允许的误差是+-10μs，这样的误差容忍度还是很高的。图五是以单packet为例来介绍的正常情况下的TX/RX示意图。



图五 master的TX/RX示意图
同样的windows也发生在slave的rx过程中，不详细介绍。
Q5：既然时间的要求如此严格，master和slave是如何同步时钟的
就使用的时钟而言，master就是使用的它的native的时钟，而slave则是在它的native时钟上加上对应的offset得到和master同步的时钟。这个offset是在inquiry过程中交互得到的。为了防止时钟的偏移，slave在每次收到master的packet的时候都需要刷新offset。时钟的得到方法见下图六。其中六-a）是master中时钟的产生，六-b）是slave时钟的产生。



图六 master和slave的时钟产生示意图
Adapted piconet channel
Q6: adapted piconetchannel有何特别之处
adapted piconetchannel是用于连接支持AFH（Adapter Frequency Hopping）的设备时使用的。和Basic相比，他的最大不同之处在于它可能没有使用全部的79个频点，但是它使用频点的数目最小值是20。也就是说若是环境很差，79个频点只有不到20个频点是干净可用的，那么AFH机制将无法运行，也就没有所谓的自适应调频了，表现到最终的用户体验上你看到的就是音乐的卡顿啊，或者打电话的断音等等。
Page scan physical channel
Q7：master和slave的角色是在连接过程中才确定的，在page scan这个过程中是否也有master和slvae之分
这个问题是一个看起来很简单，其实很专业的问题了。一般来说，在master和slave还没有确定之前，我们称执行page的那个设备为master，而page
scan（也就是等待page）的那个设备为slave。需要注意的是这个master和slave和最终建立连接之后的master和slave并不是对应的，这之间有可能发生role
switch等一系列的操作。后面的inqiry scan也是类似的，就不多说了。
Q8：page时所使用的时钟就是native的clk吗
为了更好更快地page到对方，在真正page的时候并没有使用native的clk，而是采用了一个预测的clk，希望能够尽量和slave的clk相接近。这之间有一个offset的偏移，这个偏移一般使用inquiry的信息中的偏移，在Android中只有10分钟之内的inquiry信息才会被使用，毕竟这个clk也是会变化的，时间过长这种inquiry到的clk
offset就没有什么实际意义了。page过程中使用的clk如下图七所示。



图七 page时的clk示意图
Q9：Page scan和basicpiconet channe有什么差别
总得来说，各种机制都是差不多的。一个比较大的差别在于时间上，因为page的packet很小（也是固定的），所以为了更好地利用时间，他不是625μs才发送一次，而是在625μs中发送了两次，也就是312.5μs发送一次，这也是蓝牙clk最小的时间间隔了。于是从master的角度来看，我们可以看到的内容就如下图八所示了。



图八 page scan过程master的tx rx时序图
如上所说，可以很清晰地看到一个slot中发送了两个packet。同时在rx的时候也在两个时间点前后进行了监听。这样就可以响应slave在两个时间点发送的response。
这样的机制对slave而言就会有两种可能，一种是它在master发送第一个packet的时候slave就收到了，这种情况和625μs发送一次是一样的，就不再多说了。另外一种情况则是slave在master发送第二次packet的时候才收到，那么他会在收到之后625μs回应，master收到这个回应之后就不再等待625μs了，而是在下一个slot开始就是回应了。具体看图九所示。



图九 slave在master第二次发送后收到的时序图
这样看起来还是比较清晰的，蓝色的packet就是真正收到的packet。
Inquiry scan physicalchannel
Q10：inquiry scan和basic有何差别
其实inquiryscan和page scan比较类似，他也是312.5μs发送一次，比较大的差别在于他的slave的回应比较长，超过了312.5μs，这样假如它的回应是在第二次就会出现slave占用master
to slave slot的情况，如图中红色圈圈所示，这是允许的。见下图十。



图十 inquiryscan在第二次受到inquiry packet后的时序图

关于物理通路或者蓝牙其它方面，你还有任何问题都可以在下面留言提出，我会及时解答的。谢谢~~