藍(lán)牙技術(shù)自1998年問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)成為現(xiàn)代通信技術(shù)中不可或缺的一部分。它允許不同設(shè)備之間通過(guò)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行通信，極大地方便了我們的日常生活。在藍(lán)牙技術(shù)中，設(shè)備發(fā)現(xiàn)（Inquiry）是一個(gè)重要的概念，它涉及到設(shè)備如何相互識(shí)別和建立連接。本文將對(duì)藍(lán)牙設(shè)備發(fā)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行解析，幫助讀者更好地理解這一技術(shù)。

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什么是設(shè)備發(fā)現(xiàn)？

我們?cè)谌粘Ｊ褂?a target="_blank">手機(jī)去連接其它如藍(lán)牙耳機(jī)等藍(lán)牙設(shè)備前，一般需要先在手機(jī)上搜索到需要的設(shè)備，這一步就是設(shè)備發(fā)現(xiàn)，也叫查詢（inquiry）。而相應(yīng)的藍(lán)牙設(shè)備也需要進(jìn)入被查詢模式，也就是查詢掃描（inquiry scan），只有這樣才會(huì)被手機(jī)等設(shè)備搜索到。

圖1. windows的藍(lán)牙設(shè)備發(fā)現(xiàn)界面

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設(shè)備發(fā)現(xiàn)工作原理

在設(shè)備發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，查詢?cè)O(shè)備會(huì)每隔312.5us選擇一個(gè)新的頻點(diǎn)來(lái)發(fā)送查詢，也就是說(shuō)在一個(gè)tx slot(625us)中，查詢?cè)O(shè)備會(huì)以不同的頻點(diǎn)發(fā)送兩次查詢，而被查詢?cè)O(shè)備會(huì)每隔1.28秒選擇一個(gè)新的監(jiān)聽(tīng)頻點(diǎn)，所以只要查詢一段時(shí)間就總會(huì)有兩者頻點(diǎn)相同的時(shí)候，查詢和被查詢?cè)O(shè)備使用通用查詢接入碼(GIAC,General Inquiry Acess Code)LAP(Low Address Part),作為查詢地址,GIAP LAP為0x9E8B33。藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不允許任何藍(lán)牙設(shè)備使用與GIAP LAP一樣的地址。產(chǎn)生的32個(gè)查詢跳頻序列(Inquiring hopping sequence) 均勻分布在79個(gè)頻率信道上。

查詢?cè)O(shè)備會(huì)通過(guò)發(fā)送ID包來(lái)進(jìn)行查詢，ID包由查詢?cè)L問(wèn)碼(IAC)組成，固定68bits長(zhǎng)，在上文也提到查詢和被查詢?cè)O(shè)備使用通用查詢接入碼(GIAC)，因此可以和配對(duì)時(shí)發(fā)出的ID包區(qū)分開(kāi)。在標(biāo)準(zhǔn)模式下，當(dāng)被查詢?cè)O(shè)備接收到一個(gè)ID包后，會(huì)在一個(gè)slot(625us)后回復(fù)一個(gè)FHS包，這個(gè)包包含了設(shè)備類(lèi)型、設(shè)備地址和發(fā)送者的時(shí)鐘，如果查詢模式為返回帶RSSI格式或者額外查詢結(jié)果模式，那么被查詢?cè)O(shè)備就會(huì)在FHS包之后2 slot(1250us)發(fā)送一個(gè)Extended_inquiry_response_packet包，其中會(huì)包含設(shè)備名字、RSSI等信息。

圖2. 收到第一個(gè)或第二個(gè)ID包進(jìn)行響應(yīng)的時(shí)序

我們以一塊泰凌B91開(kāi)發(fā)板為例來(lái)直觀地看一下設(shè)備發(fā)現(xiàn)的過(guò)程。

圖3. B91開(kāi)發(fā)板

我們先給開(kāi)發(fā)板燒錄提前編譯好的測(cè)試固件，然后用手機(jī)去搜索附近的藍(lán)牙設(shè)備，并用藍(lán)牙抓包器抓取空中包，通過(guò)抓包器我們可以清楚地看到，在開(kāi)發(fā)板收到ID包625us后發(fā)出了FHS包，之后跟著又發(fā)出了一個(gè)EIR包，與圖2協(xié)議規(guī)定的時(shí)序完全一致。

圖5. 抓包器抓取到的inquiry過(guò)程

通過(guò)解析包內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)HS包中包含了設(shè)備類(lèi)型，時(shí)鐘等信息，而EIR包則包含了設(shè)備名稱。

圖6. FHS包內(nèi)容

圖7. EIR包內(nèi)容

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HCI指令

在藍(lán)牙中host通過(guò)HCI指令來(lái)控制controller的行為，在設(shè)備發(fā)現(xiàn)流程中也需要用到多條HCI指令。

3.1

HCI_inquiry

查詢?cè)O(shè)備可以使用這條指令來(lái)啟動(dòng)inquiry，這個(gè)指令需要填入三個(gè)參數(shù)，分別是LAP：一般為0x9e8b33(GIAC)，inquiry_length：搜索多長(zhǎng)時(shí)間，num_response：可以搜索多少個(gè)設(shè)備，范圍0~255，如果是0，就是沒(méi)有限制，搜索多少個(gè)就上報(bào)給host多少個(gè)。

3.2

HCI_Inquiry_Cancel

host可以發(fā)送這條指令來(lái)提前停止搜索。

3.3

HCI_Write_Inquiry_Mode

host使用這條指令來(lái)設(shè)置inquiry的模式，這將會(huì)決定搜索到的設(shè)備是否返回RSSI、設(shè)備名等信息。

3.4

HCI_Write_Scan_Enable

被搜索設(shè)備使用這條指令來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉scan狀態(tài)，這條指令不僅可以開(kāi)啟inquiry scan還可以開(kāi)啟page scan，開(kāi)啟page scan后設(shè)備將允許被連接。

3.5

HCI_Write_Inquiry_Scan_Activity

這條指令用來(lái)設(shè)置inquiry scan的窗口時(shí)間和窗口間隔，controller會(huì)自動(dòng)隔一段時(shí)間打開(kāi)一次窗口，只有在打開(kāi)窗口期間才能收到對(duì)方發(fā)來(lái)的inquiry ID包，因此窗口時(shí)間越長(zhǎng)，窗口間隔越短越容易被其它設(shè)備搜索到，需要注意的是，窗口時(shí)間必須要小于等于窗口間隔。

3.6

HCI_Write_Extended_Inquiry_Response

被查詢?cè)O(shè)備的host下發(fā)這個(gè)指令后，查詢?cè)O(shè)備就可以在搜索到后拿到設(shè)備名字等信息，否則后續(xù)就只能通過(guò)HCI_Remote_Name_Request指令來(lái)獲取slave的名字。

設(shè)備發(fā)現(xiàn)是藍(lán)牙連接過(guò)程中的重要一步，它允許我們查找周?chē)杀贿B接的設(shè)備，并且可以靈活地配置查詢的參數(shù)，從而使我們下一步方便地在不同設(shè)備之間建立連接。泰凌基于TLSR951x和TLSR952x系列SoC芯片自研的藍(lán)牙協(xié)議棧，得益于芯片本身具備的超低功耗工作模式，實(shí)現(xiàn)了帶低功耗的Inquiry和Inquiry Scan模式，可以將設(shè)備發(fā)現(xiàn)過(guò)程芯片整機(jī)功耗降低到3mA以下，能夠滿足對(duì)功耗極度敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。