CN112261630B - 一种基于bnep蓝牙实现键盘ota升级系统及其方法 - Google Patents

一种基于bnep蓝牙实现键盘ota升级系统及其方法 Download PDF

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Abstract

一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统及其方法，属于通信技术领域。键盘终端设备与用户终端设备完成蓝牙连接；键盘终端设备开启共享网络开关，键盘终端设备通过BNEP与搭建的后台服务器实现OTA升级。上述一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统及其方法，简化键盘终端设备升级的流程，无需用户终端设备下载应用软件或者上位机，不占用用户终端设备内存空间；实现用户OTA固件的静默更新，用户无需操作，即可实现键盘终端设备的升级更新，极大的提升用户的操作便利性，节约用户的资源。

Description

一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统及其方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体为一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统及其方法。
背景技术
目前在用户设备上安装应用软件或者上位机，应用软件或者上位机获取到服务器上需要OTA的固件。应用软件或者上位机调用SPP/GATT不同的协议接口按照对应协议要求的数据传输方式下发给设备蓝牙，设备蓝牙收到数据后通过Uart转发收到的OTA数据给设备的MCU，完成设备OTA固件升级；键盘终端设备上通过蓝牙模块与用户设备蓝牙连接，实现OTA升级。现有技术存在以下缺陷：不同的设备其采用不同蓝牙方案导致OTA存在兼容性差异；用户设备需要下载应用软件或者安装上位机才可以实现升级功能，占用用户设备资源；不同设备上应用软件的兼容适配性问题；传输速度慢。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于设计提供一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统及其方法的技术方案，其通过BNEP的方法，无需用户终端设备下载应用软件或者安装上位机，仅需要连接网络就可以实现后台服务器与键盘终端设备的连接，实现远程的OTA 升级，极大的提升用户的操作便利性节约用户的资源。
所述的一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统，其特征在于包括键盘终端设备、用户终端设备、后台服务器、所述键盘终端设备包括硬件模块、键盘蓝牙模块、低功耗模块，所述用户终端设备包括用户设备端蓝牙模块、用户设备端网络模块，所述后台服务器包括数据处理模块、服务器网络模块；所述的硬件模块包括按键、LED灯和拨动开关；所述键盘蓝牙模块用于建立连接、蓝牙配对和超距离断开及回连；所述低功耗模块包括Yichip蓝牙芯片、LPM低功耗和Hibernate关机；
所述用户设备端蓝牙模块用于和键盘设备连接，通过BNEP进行数据传输，所述用户设备端网络模块连接G、G、G、WIFI或有线网络；
所述数据处理模块负责处理接收到的数据信息，并按照要求通过服务器网络模块给用户终端设备发送数据；所述服务器网络模块主要为连接网络，接收用户终端设备通过网络传输的数据和通过网络将数据传输给用户终端设备。
所述的一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统，其特征在于所述的用户终端设备为手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑，所述的用户终端设备与后台服务器的连接网络为G、G、G、WIFI或有线网络。
所述的一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统的升级方法，其特征在于包括以下步骤：
1）键盘终端设备的低功耗模块上内置Yichip蓝牙芯片，通过键盘蓝牙模块与用户终端设备完成配对连接；
2）键盘终端设备开启共享网络开关，键盘终端设备通过BNEP与搭建的后台服务器实现数据交换；
3）键盘终端设备主动发起OTA升级请求，后台服务器收到OTA升级请求命令，返回键盘终端设备是否有OTA更新，键盘终端设备可选择更新或者取消；后台服务器推送OTA更新信息，键盘终端设备上可选择是否进行更新；
4）选择OTA升级后，后台服务器把每包数据发送给键盘终端设备，键盘终端设备收到数据后进行校验，校验通过则存储到本地存储器中，校验错误则返回错误信息给后台服务器进行重传，全部数据收到校验通过，OTA 固件下载完成；
5）键盘终端设备完成刷新，OTA升级结束。
所述的一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统的方法，其特征在于键盘终端设备为从机，用户终端设备蓝牙为主机；从机端开机并触发ADV广播，主机端打开蓝牙后会扫描蓝牙设备，从机被扫描到会回复主机；
主机端点击连接，从机端收到主机端的连接请求请求后会回应一个安全请求广播包，主机端收到从机安全配对的广播包后，就会发起配对请求；
从机收到主机的配对请求后，会回复主机同意配对；主机和从机就会进行信息传输并生成配对秘钥；
秘钥生成后，主机和从机保存配对信息，配对完成。
所述的一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统的升级方法，其特征在于键盘终端蓝牙模块的超距离断开及回连中，当蓝牙超出RF信号的接受范围后就会走回连的流程，具体实现方法如下：
1）master一直处于听包状态；
2)slave发出带有master地址的ADV广播包，即回连包；
3)master方的链路管理将请求LMP链路管理协议Host_connection_req型协议数据单元,slave方的链路管理将确认对方的连接，如果是保存过的地址将进行连接。
所述的一种基于BNEP蓝牙实现键盘终端OTA升级系统的升级方法，其特征在于所述低功耗模块包括芯片内部级别的LPM电源域，LPM电源域是一个单独的电源域，控制芯片进入特殊的模式-LPM模式，这个模式下，其他电源域都是断开的，第一部分是一个LPM模块，包括一个RC振荡器，一个32K的低功耗振荡器LPO，用来驱动这个模块，里面包含重要寄存器，XTAL晶振起振电路也在该电源域中；该电源域还有四块memory，每块都可以单独关断打开，功耗是微安级，用的最多的是软件上4k地址开始的memory，为了某些应用上单独开关省电，分成两个2k，分低地址和高地址；第三块是8k大小的patchram；还有一块是16k的51coderam；这些memory放在LPM电源域下是为了在LPM模式下保持各种状态，因为低功耗模式时其他电源域都关断，在从LPM模式恢复的时候，可以快速唤醒，包括patch和51code，不需要重新从外部加载；上述32K的低功耗振荡器单独给低功耗模式的唤醒提供精准的蓝牙时钟；
所述低功耗模块包括hibernate关机，在产品长期不操作时，会判断是否进入睡眠状态；睡眠状态配置特定的GPIO来唤醒；每个产品都需要开关机的操作；通过在主程序上电初始化中，配置特定的GPIO脚，让睡眠状态的设备检测特定的GPIO，一旦按下，立刻就能从状态中恢复，相当于软复位；软复位用到的是POR电路，在VIN上升到3V的过程中，有一个电压阈值检测，在阈值之下时，一直处于reset状态，不会翻转，不会释放；达到阈值后，就会restet释放，系统初始化，正常工作；上电复位 POR，POR用的是VIN-LDO和VIN-LPM-LDO两个模块的输出，这两个输出在VIN电压达到3V时，都会变成1.2V，此时触发POR。
所述的一种基于BNEP蓝牙实现键盘终端OTA升级系统的升级方法，其特征在于数据处理模块的算法中，键盘更新程序即新的程序要覆盖旧的程序，程序存储于EEPROM或者FLASH存储器中，将存储器视为棋盘，利用棋盘覆盖算法即实现程序覆盖：k=n（k∈N+），且存储器中只有一个特殊字节时，这个特殊字节作为标志位，用相应的L型骨牌将存储器覆盖，即新程序覆盖旧程序，算法分析如下：
1）将2k*2k的存储器拆分成4个2k-1*2k-1；
2）将包含特殊字节的存储器进行分块处理；
3）将不包含特殊字节的存储器的靠近中间部分的字节假设为特殊的字节；
4）当k=1时退出递归。
上述键盘终端设备的YiChip低功耗蓝牙芯片，为本专利申请人易兆微电子（杭州）股份有限公司生产的YC1021芯片，可以从市场上直接购得。
上述一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统及其方法，简化键盘终端设备升级的流程，无需用户终端设备下载应用软件或者安装上位机，不占用用户终端设备内存空间；实现用户OTA固件的静默更新，用户无需操作，即可实现键盘终端设备的升级更新；数据传输效率更高。
附图说明
图1为本发明的系统结构方框图；
图2为本发明的系统示意图；
图3为本发明的实现流程图；
图4为本发明矩阵按键结构图；
图5为键盘终端设备的YiChip低功耗蓝牙芯片框图；
图6为本发明蓝牙配对的示意图；
图7为本发明低功耗模块的LPM电源域示意图；
图中：1-键盘终端设备、2-用户终端设备、3-后台服务器、101-硬件模块、102-键盘蓝牙模块、103-低功耗模块、201-移动端蓝牙模块、202-移动端网络模块、301-数据处理模块、302-服务器网络模块。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明作进一步说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本机构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
BNEP全称为Bluetooth Network Encapsulation Protocol（网络封装协议，以下简称BNEP）。BNEP是针对PAN应用设计的，它提供了构建蓝牙无线局域网的一种应用模型，BNEP能完成从IP层到L2CAP层的映射网络协议层次如图1所示。蓝牙个人局域网就是利用BNEP为蓝牙设备提供组网能力，使两个或者多个蓝牙设备组成一个临时自组织网（GroupAd-hoc Network,GN），或通过网络接入点（Network Access Point,NAP）访问远程网络。BNEP提供蓝牙协议栈和TCP/IP协议栈的转换，和IEEE802.3以太网封装支持同样的上层网络协议。BNEP净荷区的MTU定位1691个字节，可以保证网络层向下发送的以太层封包一次性传送。在数据传递方面，BNEP直接接收IP层向下发送的以太网封包，并将以太网净荷区直接复制到BNEP净荷区，加上BNEP头部之后发送到L2CAP层。
该一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统，包括键盘终端设备1、用户终端设备2、后台服务器3、所述键盘终端设备1包括硬件模块101、键盘蓝牙模块102、低功耗模块103，所述用户终端设备2包括用户设备端蓝牙模块201、用户设备端网络模块202，所述后台服务器3包括数据处理模块301、服务器网络模块302；所述的硬件模块101包括按键、LED灯和拨动开关；所述键盘蓝牙模块102用于建立连接、蓝牙配对和超距离断开及回连；所述低功耗模块103包括Yichip蓝牙芯片1、LPM低功耗和Hibernate关机；所述用户设备端蓝牙模块201用于和键盘设备1连接，通过BNEP进行数据传输，所述用户设备端网络模块202连接3G、4G、5G、WIFI或有线网络；所述数据处理模块301负责处理接收到的数据信息，并按照要求通过服务器网络模块302给用户终端设备2发送数据；所述服务器网络模块302主要为连接网络，接收用户终端设备2通过网络传输的数据和通过网络将数据传输给用户终端设备2。所述的用户终端设备2为手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑，所述的用户终端设备2与后台服务器3的连接网络为3G、4G、5G、WIFI或有线网络。
在上述系统中，按键是键盘的重要组成模块，常用的有17按键数字键盘、74按键小键盘以及104键全键盘；LED灯通常用于模式指示、低电指示、大写锁指示、数字锁指示、FN锁指示等等，还可用于装饰，达到炫酷效果；拨动开关有两段电源开关、三段拨动电源开关同时具有模式切换功能。所述硬件模块101的按键是键盘的核心组成部分，每个按键都有自己独一无二的键值，通过按键还可以实现多媒体功能，切换系统功能、触发蓝牙广播功能等，按键数量较多，需要专门编写IO口的扫键模块，采用的矩阵按键结构如图4所示，分为行矩阵和列矩阵；所述硬件模块101的LED灯，在不同的场景具有不同灯效，代表的意义也不一样，通过灯的颜色以及闪烁的频率来区分，例如可以表示蓝牙广播、模式指示、状态指示以及低电指示等等；所述硬件模块101的拨动开关用来控制键盘的电源，工作时保持上电，长时间不工作的时候可以选择下电，不仅可以节省电力，还可以保护电路。
在上述系统中，按所述键盘蓝牙模块102用于蓝牙配对，配对是蓝牙中独特又重要的过程，可以对数据进行加密，同时方便之后的快速回连；配对原名pairing，协议中的定义是交换秘钥的过程；配对是个十分复杂的过程，双方交换的信息包括设备地址、mask、IRK等等，经过复杂的算法，最后生成的秘钥叫做LTK（long term key）；两边设备最后保存下双方共同的LTK以及对方的地址信息，有些特殊的地址还需要保存IRK；这部分信息会存储在NV_ram中，设备里有eeprom，下电不会丢失，便于下一次开机后的回连；配对的主要作用是加密，一旦配对生效，所有的信息都经过特殊的算法处理；这样，设备的信息安全性大大提高；BLE配对是一个三阶段的过程，前两个阶段总是使用，可能跟随着一个可选的传输特定秘钥分配的阶段；阶段1，配对特征交换；阶段2，短期秘钥（STK）生成；阶段3，传输特定秘钥分配。
上述一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统的升级方法，包括以下步骤：
1）键盘终端设备1的低功耗模块103上内置Yichip蓝牙芯片1，通过键盘蓝牙模块102与用户终端设备2完成配对连接；
2）键盘终端设备1开启共享网络开关，键盘终端设备1通过BNEP与搭建的后台服务器3实现数据交换；
3）键盘终端设备1主动发起OTA升级请求，后台服务器3收到OTA升级请求命令，返回键盘终端设备1是否有OTA更新，键盘终端设备1可选择更新或者取消；后台服务器3推送OTA更新信息，键盘终端设备1上可选择是否进行更新；
4）选择OTA升级后，后台服务器3把每包数据发送给键盘终端设备1，键盘终端设备1收到数据后进行校验，校验通过则存储到本地存储器中，校验错误则返回错误信息给后台服务器3进行重传，全部数据收到校验通过，OTA 固件下载完成；
5）键盘终端设备1完成刷新，OTA升级结束。
在该升级方法中，所述的键盘终端设备1为从机，用户终端设备2蓝牙为主机；从机端开机并触发ADV广播，主机端打开蓝牙后会扫描蓝牙设备，从机被扫描到会回复主机；主机端点击连接，从机端收到主机端的连接请求请求后会回应一个安全请求广播包，主机端收到从机安全配对的广播包后，就会发起配对请求；从机收到主机的配对请求后，会回复主机同意配对；主机和从机就会进行信息传输并生成配对秘钥；秘钥生成后，主机和从机保存配对信息，配对完成。
在该升级方法中，所述键盘终端蓝牙模块102的超距离断开及回连中，当蓝牙超出RF信号的接受范围后就会走回连的流程，具体实现方法如下：1）master一直处于听包状态；2）slave发出带有master地址的ADV广播包，即回连包；3）master方的链路管理将请求LMP链路管理协议Host_connection_req型协议数据单元，slave方的链路管理将确认对方的连接，如果是保存过的地址将进行连接。
在该升级方法中，所述低功耗模块103包括芯片内部级别的LPM电源域，LPM电源域是一个单独的电源域，控制芯片进入特殊的模式-LPM模式，这个模式下，其他电源域都是断开的，第一部分是一个LPM模块，包括一个RC振荡器，一个32K的低功耗振荡器LPO，用来驱动这个模块，里面包含重要寄存器，XTAL晶振起振电路也在该电源域中；该电源域还有四块memory，每块都可以单独关断打开，功耗是微安级，用的最多的是软件上4k地址开始的memory，为了某些应用上单独开关省电，分成两个2k，分低地址和高地址；第三块是8k大小的patchram；还有一块是16k的51coderam；这些memory放在LPM电源域下是为了在LPM模式下保持各种状态，因为低功耗模式时其他电源域都关断，在从LPM模式恢复的时候，可以快速唤醒，包括patch和51code，不需要重新从外部加载；上述32K的低功耗振荡器单独给低功耗模式的唤醒提供精准的蓝牙时钟。
在该升级方法中，所述低功耗模块103包括hibernate关机，在产品长期不操作时，会判断是否进入睡眠状态。睡眠状态需要配置特定的gpio来唤醒，每个产品都需要开关机的操作。实际上关机状态也是有检测电流的，不然不能从关机状态按键恢复。换句话说，hibernate状态是sleep状态的延伸。通过在主程序上电初始化中，配置特定的gpio脚，可以让睡眠状态的设备检测特定的gpio。一旦按下，立刻就能从状态中恢复，相当于软复位。软复位用到的是por电路。POR指的是上电自动复位。正常的POR电路，在VIN上升到3V的过程中，有一个电压阈值检测，在阈值之下时，一直处于reset状态，不会翻转，不会释放；达到阈值后，就会restet释放，系统初始化，正常工作。上电复位 POR，POR用的是VIN-LDO和VIN-LPM-LDO两个模块的输出，这两个输出在VIN电压达到3V时，都会变成1.2V，此时触发POR。
在该升级方法中，所述数据处理模块301的算法中，键盘更新程序即新的程序要覆盖旧的程序，程序存储于EEPROM或者FLASH存储器中，将存储器视为棋盘，利用棋盘覆盖算法即实现程序覆盖：k=nk∈N+，且存储器中只有一个特殊字节时，这个特殊字节作为标志位，用相应的L型骨牌将存储器覆盖，即新程序覆盖旧程序，算法分析如下：
1）将2k*2k的存储器拆分成4个2k-1*2k-1；
2）将包含特殊字节的存储器进行分块处理；
3）将不包含特殊字节的存储器的靠近中间部分的字节假设为特殊的字节；
4）当k=1时退出递归。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统的升级方法，其特征在于该升级系统包括键盘终端设备（1）、用户终端设备（2）、后台服务器（3）、所述键盘终端设备（1）包括硬件模块（101）、键盘蓝牙模块（102）、低功耗模块（103），所述用户终端设备（2）包括用户设备端蓝牙模块（201）、用户设备端网络模块（202），所述后台服务器（3）包括数据处理模块（301）、服务器网络模块（302）；所述的硬件模块（101）包括按键、LED灯和拨动开关；所述键盘蓝牙模块（102）用于建立连接、蓝牙配对和超距离断开及回连；所述低功耗模块（103）包括Yichip蓝牙芯片、LPM低功耗和Hibernate关机；
所述用户设备端蓝牙模块（201）用于和键盘终端设备（1）连接，通过BNEP进行数据传输，所述用户设备端网络模块（202）连接3G、4G、5G、WIFI或有线网络；
所述数据处理模块（301）负责处理接收到的数据信息，并按照要求通过服务器网络模块（302）给用户终端设备（2）发送数据；所述服务器网络模块（302）主要为连接网络，接收用户终端设备（2）通过网络传输的数据和通过网络将数据传输给用户终端设备（2）；
其方法包括以下步骤：
1)键盘终端设备（1）的低功耗模块（103）上内置Yichip蓝牙芯片，通过键盘蓝牙模块（102）与用户终端设备（2）完成配对连接；
2）键盘终端设备（1）开启共享网络开关，键盘终端设备（1）通过BNEP与搭建的后台服务器（3）实现数据交换；
3）键盘终端设备（1）主动发起OTA升级请求，后台服务器（3）收到OTA升级请求命令，返回键盘终端设备（1）是否有OTA更新，键盘终端设备（1）可选择更新或者取消；后台服务器（3）推送OTA更新信息，键盘终端设备（1）上可选择是否进行更新；
4）选择OTA升级后，后台服务器（3）把每包数据发送给键盘终端设备（1），键盘终端设备（1）收到数据后进行校验，校验通过则存储到本地存储器中，校验错误则返回错误信息给后台服务器（3）进行重传，全部数据收到校验通过，OTA 固件下载完成；
5）键盘终端设备（1）完成刷新，OTA升级结束；
步骤1）中：所述低功耗模块（103）包括芯片内部级别的LPM电源域，LPM电源域是一个单独的电源域，控制芯片进入特殊的模式-LPM模式，这个模式下，其他电源域都是断开的，第一部分是一个LPM模块，包括一个RC振荡器，一个32K的低功耗振荡器LPO，用来驱动这个模块，里面包含重要寄存器，XTAL晶振起振电路也在该电源域中；该电源域还有四块memory，每块都可以单独关断打开，功耗是微安级，用的最多的是软件上4k地址开始的memory，为了某些应用上单独开关省电，分成两个2k，分低地址和高地址；第三块是8k大小的patchram；还有一块是16k的51coderam；这些memory放在LPM电源域下是为了在LPM模式下保持各种状态，因为低功耗模式时其他电源域都关断，在从LPM模式恢复的时候，可以快速唤醒，包括patch和51code，不需要重新从外部加载；上述32K的低功耗振荡器单独给低功耗模式的唤醒提供精准的蓝牙时钟；
所述低功耗模块（103）包括hibernate关机，在产品长期不操作时，会判断是否进入睡眠状态；睡眠状态配置特定的GPIO来唤醒；每个产品都需要开关机的操作；通过在主程序上电初始化中，配置特定的GPIO脚，让睡眠状态的设备检测特定的GPIO，一旦按下，立刻就能从状态中恢复，相当于软复位；软复位用到的是POR电路，在VIN上升到3V的过程中，有一个电压阈值检测，在阈值之下时，一直处于reset状态，不会翻转，不会释放；达到阈值后，就会restet释放，系统初始化，正常工作；上电复位 POR，POR用的是VIN-LDO和VIN-LPM-LDO两个模块的输出，这两个输出在VIN电压达到3V时，都会变成1.2V，此时触发POR；
键盘蓝牙模块（102）的超距离断开及回连中，当蓝牙超出RF信号的接受范围后就会走回连的流程，具体实现方法如下：
1）master一直处于听包状态；
2)slave发出带有master地址的ADV广播包，即回连包；
3)master方的链路管理将请求LMP链路管理协议Host_connection_req型协议数据单元,slave方的链路管理将确认对方的连接，如果是保存过的地址将进行连接；
数据处理模块（301）的算法中，键盘更新程序即新的程序要覆盖旧的程序，程序存储于EEPROM或者FLASH存储器中，将存储器视为棋盘，利用棋盘覆盖算法即实现程序覆盖：k=n（k∈N+），且存储器中只有一个特殊字节时，这个特殊字节作为标志位，用相应的L型骨牌将存储器覆盖，即新程序覆盖旧程序，算法分析如下：
1）将2k*2k的存储器拆分成4个2k-1*2k-1；
2）将包含特殊字节的存储器进行分块处理；
3）将不包含特殊字节的存储器的靠近中间部分的字节假设为特殊的字节；
4）当k=1时退出递归。
2.如权利要求1所述的一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统的升级方法，其特征在于所述的用户终端设备（2）为手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑，所述的用户终端设备（2）与后台服务器（3）的连接网络为3G、4G、5G、WIFI或有线网络。
3.如权利要求1所述的一种基于BNEP蓝牙实现键盘OTA升级系统的方法，其特征在于键盘终端设备（1）为从机，用户终端设备（2）蓝牙为主机；从机端开机并触发ADV广播，主机端打开蓝牙后会扫描蓝牙设备，从机被扫描到会回复主机；主机端点击连接，从机端收到主机端的连接请求后会回应一个安全请求广播包，主机端收到从机安全配对的广播包后，就会发起配对请求；从机收到主机的配对请求后，会回复主机同意配对；主机和从机就会进行信息传输并生成配对秘钥；秘钥生成后，主机和从机保存配对信息，配对完成。
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