問：什麼是藍牙通信？
答：藍牙通訊最初設計初衷是方便移動電話（手機）與配件之間進行低成本、低功耗無線通信連接，現在已經成爲IEEE802.15標準，得到全球上萬家廠商支持。問：如果從事藍牙開發有沒有前途？
答：嚴格地說，這不是一個技術問題，而是一個世界觀問題。什麼是前途？如果單純是金錢，從事技術是不太可能暴富的（注意比爾.蓋茨是個技術商人）；如果想用你所能改善世界，這是可能的，畢竟藍牙的主要用途是民用。附帶說一句，考慮賺錢和改變世界是中國和西方人世界觀的主要差別。問：藍牙有什麼優勢？
答：首先是低功耗，以BLE 4.0爲例，一節鈕釦電池在靜態工作狀態可以支持一年；其次是低成本，TI公司的CC2540藍牙SOC方案芯片出售價僅1美元，可以讓人們低廉使用藍牙技術；再次是開放性，2.4GHz的頻段全球開放，沒有政府監管；最後是適合時代潮流，現在是手機的時代，藍牙技術本來就爲它而生。問：藍牙4.0協議和BLE是什麼？
答：藍牙4.0協議是2010年6月由SIG（Special Interest Group）發佈的最新標準，它有2種模式：BLE（Bluetooth low energy）只能與4.0協議設備通信，適應節能且僅收發少量數據的設備（如家用電子）；BR/EDR（Basic Rate / Enhanced Data Rate），向下兼容（能與3.0/2.1/2.0通信），適應收發數據較多的設備（如耳機）。問：目前支持藍牙4.0的移動設備有哪些？
答：蘋果公司的iPhone 4S、iPhone 5、miniPad和iPad 3；小米手機2；三星公司的Galaxy SIII和Note II；HTC ONE系列。問：如何開始藍牙4.0的開發呢？
答：概括地講至少以下三方面的準備吧。硬件方面，需要購買TI公司藍牙迷你套件，包括藍牙USB電子狗和KeyFob以及CC Debugger傳真器；軟件方面，安裝IAR for 8051，TI公司BTool軟件；技術知識，《CC2540/41 BLE Software Developer’s Guide 1.3》和《CC2540/41 User’s Guide》。問：剛開始接觸藍牙如何快速上手？
答：理論聯繫實踐是比較好的學習方法，建議先學習《CC2540/41 BLE Software Developer’s Guide 1.3》，然後將SimpleBLEPerepheral工程導入IAR for 8051，結合電子狗和BTool，調試藍牙通訊中的廣播/連接/綁定/訪問。光看書不動手，空虛；不看書光動手，淺薄。問：IAR調試CC2540時程序導入到了芯片的Flash中了嗎？
答：確實。CC2540是SOC（System On Chip）芯片，它的內核就是8051，它需要從ROM中取指令，從RAM中取數據來運行。仿真時，CC Debugger會把程序導入芯片Flash中，再執行仿真。問：當IAR調試中出現警告“缺少斷點，無法運行到main()”？
答：出現這個錯誤的原因是，IAR for 8051最多隻能設置3個斷點，如果設置過多，當程序下載後，將出現些調試警告。解決的方法很簡單，去掉一些斷點，再重新載入程序。問：爲什麼IAR調試時有很多變量無法查看它的值？
答：主要的原因是IAR編譯器設置了優化功能，函數中的自動變量以及一些靜態函數都被優化過了，所以沒有生成對應的調試信息，無法查看和設置斷點。解決的方法是關閉編譯器的優化功能，右鍵點擊工程的Options -> C/C++ Compiler -> Optimizations中的Level設置爲None。問：藍牙協議分層很多且比較複雜，該如何掌握呢？
答：藍牙協議從應用層到物理層一共分了8層，看上去比較複雜且API函數很多。首先不必要知道每一層的具體實現，掌握與應用緊密關聯GAP/GATT（或者GAP Role和GATT Profiles）層就可以滿足大部分設計需要；每一層的軟件都是通過OSAL來調用的，因此需要了解OSAL的基本原理：任務/事件/消息/定時器/動態分配內存；最後把藍牙通訊過程理解，將有助於開發。問：OSAL是一個操作系統嗎？
答：OSAL（Operating System Abstraction Layer）操作系統抽象層，它不是一個真正的操作系統（它沒有Context Switch上下文切換功能），但它巧妙地組織各任務，支持任務優先級，任務之間可以通過事件和消息來通信，爲任務提供軟定時器和動態內存分配。要避免的陷阱是，應用任務的單個函數運行時間不能太長（如操作大批量數據的Flash寫），否則它無法及時調度高優先級的LL（Link Layer）任務而導致藍牙通信中斷。問：藍牙節點是如何組成微微網的呢？
答：藍牙節點組網中，只能存在一個主節點（Central）和多個從節點（Peripheral），從節點是發出信號者，主節點是掃描且發起連接者。問：主節點和從節點通信的過程是怎樣的呢？
答：當從節點發出廣告信號（包括設備地址和設備名稱之類的附加信息）；主節點收到此廣告信號後，向從節點發出掃描請求；當從節點回應掃描時，就完成了設備發現過程。
接着主節點向從節點發出連接請求（包括連接時隙、從節點待機次數、連接超時值），從節點回應連接，就完成了建立連接。
爲了安全起見，一些數據的訪問需要認證，它的完成是這樣的：一方（可以是主節點，也可以是從節點）向另一方索要6位數字的密碼，之後，兩個節點彼此交換安全密鑰用於加密和認證，此過程稱爲配對。
認證的過程比較繁瑣，BLE協議支持兩節點保存認證的安全密鑰（一般是非易失性存儲器中），以便於兩節點下次連接後快速認證，這就是綁定技術。問：藍牙通信中兩個節點如何交換數據？
答：這是藍牙通信中最讓初學者迷惑的地方。大部分通信，尤其是TCP/IP，交換數據的婚介是數據包，但藍牙通信中，工程師找不到數據包訪問方式，於是就產生疑問。其實藍牙最底層也是基於無線數據包交換，只是通過層層封裝，交付給工程師的API接口就變成了Client訪問Server的方式。問：Client和Server節點是如何定義呢？
答：通俗地說吧，Server（服務器）就是數據中心，Client（客戶端）就是訪問數據者。特別說明，它與主/從設備是獨立的概念：一個主設備既可以充當Server，又可以充當Client；從設備亦然。問：Server是如何提供數據呢？
答：Server首先將一個服務按“屬性/句柄/數值/描述”這種格式予以組織，然後調用API函數GATTServApp_RegisterService將服務數據進行註冊。舉個實例吧，設提供一個電池電量服務字節，它允許Client讀取，數據爲一個8比特無符號數（0～100%），它的組織如下：02 25 00 19 2A, 這5個數據（小端格式）分別是：0x02=只讀屬性，0x0025=句柄；0x2A19=服務UUID。問：不明白Server提供服務中的UUID？
答：UUID(Universal Unique Identifier)全球惟一標識符，本來是SIC組織分配給特定藍牙服務的標識，如分配0x2A25爲設備序列號的UUID，這樣任意藍牙設備都可以通過它得到另一個設備的序列號。
打個類比，它就像書名，如《現代操作系統》，所有人一看就知道它是計算機大師Andrew S. Tanenbaum寫的書。問：什麼是Server提供服務中的句柄呢？
答：句柄(Handle)就是服務數據在數據中心的地址，當所有的服務數據組織起來後，它總得有個先後順序，某個服務的位置就是它的句柄。還是上面的類比，如果想去圖書館借閱《現代操作系統》，需要查明該書在哪一層樓，哪個房間，這就是該書的Hanle。問：爲什麼Server提供的服務中有描述？
答：有些服務是有描述（Descriptor）的，它是用於Client配置該服務的功能（通知或者顯示）。像某人沒有借到《現代操作系統》該書（可能是被別人借光了），他（她）可以打個電話給圖書館工作人員，請求一旦該書可以借閱了給他一個通知，這個過程相當於配置該書的Descriptor。問：服務的屬性與描述有區別嗎？
答：有區別，服務的屬性是Server設置訪問權限。就像圖書館的工作人員可以設置《現代操作系統》僅能在閱覽室看不能外借（只讀），或者即可以看也可以外借（讀/寫）。問：Client如何訪問Server的服務呢？
答：大致分三類：讀取服務的值，需要知道服務的UUID或者Handle；寫服務的值，需要知道服務的Hanle；寫服務描述符，需要知道該Descriptor的Hanle。問：如何知道一個服務的Handle？
答：根據服務的UUID調用API函數GATT_ReadUsingCharUUID
協議棧會返回該服務的Handle。特別注意的是，一個服務的Descriptor的Handle總是該服務的Handle+1，如電池電量服務的Handle是0x0025，那麼它的Descriptor的Handle是0x0026。問：Server可以訪問Client嗎？
答：藍牙通信中，Server不能直接訪問（讀/寫）Client，但是可以通知（Notification）Client，通知的前提是Client通過寫Descriptor使能通知功能。例如，某Server發現電池電量已經低於安全閥值，它可以調用GATT_Notification通知所有已連接的Client，但是Client接收後如果處理是它自己的事情。問：如果得知電池容量？
答：任何使用電池供電的設備都必須精確監控電池容量，否則設備可以突然斷電而停止工作，它的基本原理是通過ADC（模數轉換器）計算電池電壓。以CC2540芯片用一鈕釦電池爲例，電池電壓從2.0v～3.0v，即電量的0%～100%；CC2540有一10比特的ADC，量程範圍爲0～511，參考電壓爲1.25v，最大測量電壓爲3.75v，以上信息可以得知：（v/3）/ 1.25 * 511 = adc，則2.0v=273adc，3.0v=409adc，根據下圖可以很容易得知ADC轉換爲電壓的公式：
Percentage / (X – 273) = 100 / 136 = 25 / 34，變換後爲：
Percentage = (X - 273) * 25 / 34，爲四捨五入提高計算精度則有：
Percentage = [(X - 273) * 25 + 33] / 34。問：藍牙發射信號功率調整會影響通信距離嗎？
答：會，以TI公司的CC2540爲例，它支持4種發射功率選擇：4dBm、0dBm、-6dBm和-23dBm，按無線電功率定義：LdBm=10lg(Pwr/1mW)，以上4種分貝值換算成瓦特爲：2.51mW、1mW、0.251mW和0.005mW，有效通信距離分別爲：30米、10米、7米和3米。問：如何知道兩個藍牙通信節點之間的距離？
答：要知道藍牙通信節點（如手機和藍牙設備）之間的距離，最容易實現的方法是通過讀取接收RSSI（Received Signal Strength
Indication）值來計算。無線通訊中功率與距離的關係如下：
其中A可以看作是信號傳輸1米遠時接收信號的功率，n是傳播因子（它受障礙，溫度和溼度等影響），r是節點之間的距離。當確定了常數A與n的值後，距離r就可以根據PR(dBm)計算出來。問：如何獲取藍牙節點的接收RSSI值？
答：具體的設備接收RSSI值的方法不一樣，以iPhone手機爲例，iOS提供API函數獲取RSSI值；TI公司的CC2540芯片的BLE協議棧中，首先將讀取RSSI值回調函數掛載到gapRolesRssiRead_t類型的指針下，建立連接後，主設備調用GAPCentralRole_StartRssi（），從設備調用
GAPRole_SetParameter(GAPROLE_RSSI_READ_RATE, ……)。這樣就可以定時讀取接收的RSSI值了。問：如何開展讀取RSSI值的實驗？
答：讀取RSSI值的實驗可以這樣搭建，主設備固定位置，向從設備發送信號，從設備LED光和Buzzer報警爲通信成功，逐次移動從設備，而獲取RSSI值隨物理距離之間的關係。下圖是筆者做實驗的數據：
Distance(m)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
RSSI(dBm)
-47
-59
-73
-80
-80
-79
-85
-88
-86
-87
Loss(p)
0
0
9
11
27
2
50
32
22
49
實驗器材爲2塊CC2540芯片，主芯片發射功率爲4dBm(2.51mW)，Loss是通信節點中失敗次數。問：如何將接收RSSI實驗數據得到距離計算公式呢？
答：最好的工具是EXCEL軟件，以上表中的實驗數據和EXCEL 2007爲例。首先選中Distance和RSSI兩行，點擊“插入->散列圖”，軟件會自動生成如下圖：
選取其中任意點，點右鍵，“添加趨勢線->對數”，將會出現下圖：
可見RSSI與距離的關係是比較符合指數函數，再點擊“顯示公式”
此時得到指數函數公式爲：y = -49.53 – 17.7 ln (x)，再把自然對數換成10常用對數，則有：y = -49.53 – 40.71 lg (x)。通過以上幾步就輕鬆得到RSSI與距離之間的計算公式。
藍牙4.0
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