CN113038445B - 一种蓝牙休眠时钟的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝牙休眠时钟的校准方法，涉及蓝牙通信技术领域，包括记录休眠时钟工作时间和休眠时钟计数值，计算主机锚点时间，计算休眠时钟工作时间的偏差，计算当前实际的休眠时钟频率，以及更新休眠时钟频率。本发明提高了蓝牙从机休眠时钟精度，提高了系统稳定性，并且不需要执行大量的计算，对系统效率影响较小。

Description

一种蓝牙休眠时钟的校准方法

技术领域

本发明涉及蓝牙通信技术领域，尤其涉及一种蓝牙休眠时钟的校准方法。

背景技术

根据蓝牙协议的要求，蓝牙芯片休眠时所使用的休眠时钟精度需要达到500ppm以下。考虑到成本，一般蓝牙芯片都会内置低速休眠时钟。在实际工作过程中，由于温度变化、长时间工作或其它原因，休眠时钟的频率会发生偏移。因此，蓝牙方案要么选择外置高精度的休眠时钟，要么需要对休眠时钟进行校准。

现有蓝牙休眠时钟的校准，一般采用芯片自身的高速时钟校准，这个过程一般发生在芯片上电或芯片工作后周期或定期进行。

如果芯片上电时执行校准，则不能修正温度变化或长时间工作时的时钟漂移。

如果采用周期或定期校准，则存在以下几方面的问题：

(1)硬件校准，需要硬件实现相应的电路，增加了芯片成本,且无法支持旧芯片。

(2)软件校准，占用系统资源，降低了MCU效率，增加功耗。蓝牙从机由于功能简单，系统资源和性能可能会更加紧张，对此更为敏感。

(3)另外，休眠时钟校准时一般需要全速运行，此时和休眠状态的电压等环境的差异，可能导致校准结果本身存在偏差。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种蓝牙休眠时钟的校准方法，以提高蓝牙从机的休眠时钟的精度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何在在不提高芯片的硬件成本，并尽量减小对系统效率影响的情况下，提高蓝牙从机的休眠时钟的精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种蓝牙休眠时钟的校准方法，包括以下步骤：

步骤1、在蓝牙接收中断中，检查数据包状态，如果接收超时或循环冗余校验错误时，则认为接收失败，执行步骤2，否则执行步骤3；

步骤2、将当前实际休眠时间累加到T_Sleep中，将当前实际休眠时钟计数值累加到N_Sleep中，接着执行步骤6；其中，T_Sleep表示休眠时间，N_Sleep表示休眠时钟计数值；

步骤3、记录系统时间，计算主机锚点时间；

步骤4、检查是不是首次同步成功，如果不是首次同步成功，则执行步骤5，如果是首次同步成功，则执行步骤6；

步骤5、计算休眠时钟频率；

步骤6、检查连接状态是否退出，如果未退出，则执行步骤7，否则执行步骤10；

步骤7、计算下一个连接事件的预期锚点；

步骤8、计算所述休眠时间和所述休眠时钟计数值，并执行休眠；

步骤9、休眠唤醒后，执行步骤1；

步骤10、清除所述主机锚点时间，所述休眠时间和所述休眠时钟计数值等参数，退出时钟同步模式。

进一步地，根据蓝牙连接间隔、系统距离主机锚点已执行的时间和提前唤醒的时间，得到所述休眠时间。

进一步地，根据所述休眠时间和休眠时钟频率，得到所述休眠时钟计数值。

进一步地，所述步骤3包括：

步骤3.1、更新蓝牙中断触发的系统时间，更新蓝牙包持续时间；其中，所述蓝牙包持续时间为根据收到的蓝牙包长度和物理传输速率，计算得到的空中包传输时间。

进一步地，所述步骤3包括：

步骤3.2、按照以下公式计算所述主机锚点时间：

T_AnchorPoint＝T_Interrupt-T_Packet-T_Delay

其中，T_AnchorPoint表示所述主机锚点时间；T_Interrupt表示蓝牙中断触发的系统时间；T_Packet表示所述蓝牙包持续时间；T_Delay表示延时，即根据硬件设计和工艺等，测出收到空中包到中断触发的延时时间。

进一步地，所述步骤5包括：

步骤5.1、根据公式T_offset＝T_AnchorPoint-T_AnchorPointNext计算偏差；其中，T_offset表示所述偏差，即新的连接事件中获取到的所述主机锚点时间T_AnchorPoint与上一个事件结束时计算的预期锚点T_AnchorPointNext的差值。

进一步地，所述步骤5包括：

步骤5.2、根据公式F_SleepClockCurrent＝N_Sleep/(T_Sleep+T_offset)计算当前休眠时钟频率；

其中，F_SleepClockCurrent表示所述当前休眠时钟频率，T_Sleep表示所述休眠时间，N_Sleep表示所述休眠时钟计数值，T_offset表示所述偏差。

进一步地，所述步骤5包括：

步骤5.3、将所述当前休眠时钟频率F_SleepClockCurrent加权计入所述休眠时钟频率F_SleepClock；

计算公式为：F_SleepClock＝W*F_SleepClockCurrent+(1-W)*F_SleepClock，其中W为加权因子。

进一步地，所述步骤7中计算所述预期锚点的公式为：

T_AnchorPointNext＝T_AnchorPoint+T_ConnectionInterval；

其中，T_AnchorPointNext表示所述预期锚点，T_AnchorPoint表示所述主机锚点时间，T_ConnectionInterval表示蓝牙连接间隔。

进一步地，所述步骤8包括：

步骤8.1、更新T_Sleep和N_Sleep；更新T_Sleep和N_Sleep的方法为：

如果同步成功，则更新所述休眠时钟频率，并将T_Sleep和N_Sleep清零；如果同步失败，则将当前实际的所述休眠时间和所述休眠时钟计数值分别累加到T_Sleep和N_Sleep，重复执行休眠流程和校准流程，直到同步成功或此次蓝牙连接超时；

步骤8.2、执行蓝牙休眠。

与现有技术方案相比，本发明的有益技术效果在于：

(1)提高蓝牙从机休眠时钟精度，提高系统稳定性；

(2)有一定通用性，大部分蓝牙芯片在不更改硬件的情况下即可实现此功能；

(3)不需要执行大量的计算，对系统效率影响较小。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的获取主机锚点时间示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的确定休眠时间的偏差示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的同步示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

本发明所提技术方案的整体目标是利用主机锚点时间，来校准从机的休眠时钟，主要包括以下几个阶段。

1、记录休眠时钟工作时间和计数值

根据当前时间、连接间隔、提前唤醒时间，计算出休眠时间。

再根据休眠时钟频率，将休眠时间转换为休眠时钟计数值。

2、计算主机锚点时间

蓝牙从机在执行完硬件收/发包，或连接事件结束时，一般都会触发蓝牙相关的中断。此时根据收/发包长等，计算出主机锚点时间并记录，如图1所示。

3、计算休眠时钟工作时间的偏差

根据两次主机锚点时间，连接间隔和休眠时间等，计算出休眠时间的偏差，如图2所示。若同步失败，将在下一个连接事件继续同步，如图3所示。

4、计算实际的休眠时钟频率

根据休眠时间、偏差时间，以及休眠时钟计数值，计算出当前的休眠时钟频率。

5、更新休眠时钟频率

将计算得到的当前休眠时钟频率，加权更新到休眠时钟频率上。一种计算方式为：F_SleepClock＝W*F_SleepClockCurrent+(1-W)*F_SleepClock。

其中，F_SleepClockCurrent表示当前休眠时钟频率；F_SleepClock为休眠时钟频率；W为加权因子,可以取如1/32。

在本发明的其他实施例中，还可以通过硬件获取锚点，并将锚点信息上报给处理软件进行处理，以减少计算时间。

在本发明的其他实施例中，还可以通过硬件执行计算时钟误差并校准。

如图4所示，具体而言，本发明所提的一种蓝牙休眠时钟的校准方法从蓝牙接收中断触发开始，包括以下步骤：

步骤1、在蓝牙接收中断中，检查数据包状态，如果接收超时或CRC(循环冗余校验)错误时，则认为接收失败，执行步骤2，否则执行步骤3。

步骤2、将当前实际的休眠时间累加到T_Sleep中，将当前实际的休眠时钟计数值累加到N_Sleep中，执行步骤6。

其中，T_Sleep表示休眠时间。在开始休眠前，根据蓝牙连接间隔T_ConnectionInterval，系统距离主机锚点已执行的时间和提前唤醒的时间，计算得出休眠时间T_Sleep。由于休眠时钟频率F_SleepClock的误差，导致预期锚点T_AnchorPointNext和主机锚点时间T_AnchorPoint有偏差。

N_Sleep表示休眠时钟计数值。根据休眠时间T_Sleep和休眠时钟频率F_SleepClock计算得出休眠时钟计数值N_Sleep。

步骤3、记录系统时间，计算主机锚点时间；

步骤3.1、更新蓝牙中断触发的系统时间T_Interrupt，更新蓝牙包持续时间T_Packet。其中，蓝牙包持续时间T_Packet是根据收到的蓝牙包长度和物理传输速率，计算得到的空中包传输时间。

步骤3.2、按照以下公式计算主机锚点时间：

T_AnchorPoint＝T_Interrupt-T_Packet-T_Delay

其中，T_AnchorPoint表示主机锚点时间；T_Interrupt表示蓝牙中断触发的系统时间；T_Packet表示蓝牙包持续时间；T_Delay表示延时，即根据硬件设计和工艺等，测出收到空中包到中断触发的延时时间。由于两次主机锚点计算时所用的延时是一样的，因此T_Delay这个参数可以省略。

步骤4、检查是不是首次同步成功，如果不是首次同步成功，则执行步骤5，如果是首次同步成功，则执行步骤6。

步骤5、计算休眠时钟频率：

步骤5.1、根据公式T_offset＝T_AnchorPoint-T_AnchorPointNext计算偏差。其中，T_offset表示偏差，即新的连接事件中获取到的主机锚点时间T_AnchorPoint与上一个事件结束时计算的预期锚点T_AnchorPointNext的差值。

步骤5.2、根据公式F_SleepClockCurrent＝N_Sleep/(T_Sleep+T_offset)计算当前休眠时钟频率。其中，F_SleepClockCurrent表示当前休眠时钟频率，其他参数的含义如前所述。

步骤5.3、将当前休眠时钟频率F_SleepClockCurrent加权计入休眠时钟频率F_SleepClock。

一种简单的计算方式为：

F_SleepClock＝W*F_SleepClockCurrent+(1-W)*F_SleepClock

其中W为加权因子，加权因子根据统计分析休眠时钟精度后，选择一个适当的值，可以取如1/32等。

步骤6、检查连接状态是否退出，如果没有退出，则执行步骤7，否则执行步骤10。

步骤7、计算下一个连接事件的预期锚点。

计算预期锚点的公式为：

T_AnchorPointNext＝T_AnchorPoint+T_ConnectionInterval；

其中，T_AnchorPointNext表示预期锚点，T_AnchorPoint表示主机锚点时间，T_ConnectionInterval表示蓝牙连接间隔。

在该步骤中，如果有连接参数更新，需要做特殊处理。

步骤8、计算休眠时间和计数值，并执行休眠。

步骤8.1、更新T_Sleep和N_Sleep；更新T_Sleep和N_Sleep的方法为：

如果同步成功，则更新所述休眠时钟频率，并将T_Sleep和N_Sleep清零；如果同步失败，则将当前实际的所述休眠时间和所述休眠时钟计数值分别累加到T_Sleep和N_Sleep，重复执行休眠流程和校准流程，直到同步成功或此次蓝牙连接超时；

步骤8.2、执行蓝牙休眠。

步骤9、休眠唤醒后，执行步骤1。

步骤10、清除主机锚点，休眠时间和计数值等参数，退出时钟同步模式。

综上，本发明能够在不提高芯片成本，尽量减小对系统效率影响的情况下，提高蓝牙从机的休眠时钟的精度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种蓝牙休眠时钟的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在蓝牙接收中断中，检查数据包状态，如果接收超时或循环冗余校验错误时，则认为接收失败，执行步骤2，否则执行步骤3；

步骤2、将当前实际休眠时间累加到T_Sleep中，将当前实际休眠时钟计数值累加到N_Sleep中，接着执行步骤6；其中，T_Sleep表示休眠时间，N_Sleep表示休眠时钟计数值；

步骤3、记录系统时间，计算主机锚点时间；

步骤3.1、更新蓝牙中断触发的系统时间，更新蓝牙包持续时间；其中，所述蓝牙包持续时间为根据收到的蓝牙包长度和物理传输速率，计算得到的空中包传输时间；

步骤3.2、按照以下公式计算所述主机锚点时间：

T_AnchorPoint＝T_Interrupt-T_Packet-T_Delay

其中，T_AnchorPoint表示所述主机锚点时间；T_Interrupt表示蓝牙中断触发的系统时间；T_Packet表示所述蓝牙包持续时间；T_Delay表示延时，即根据硬件设计和工艺，测出收到空中包到中断触发的延时时间；

步骤4、检查是不是首次同步成功，如果不是首次同步成功，则执行步骤5，如果是首次同步成功，则执行步骤6；

步骤5、计算休眠时钟频率；

步骤5.1、根据公式T_offset＝T_AnchorPoint-T_AnchorPointNext计算偏差；其中，T_offset表示偏差，即新的连接事件中获取到的所述主机锚点时间T_AnchorPoint与上一个事件结束时计算的预期锚点T_AnchorPointNext的差值；

步骤5.2、根据公式F_SleepClockCurrent＝N_Sleep/(T_Sleep+T_offset)计算当前休眠时钟频率；

其中，F_SleepClockCurrent表示当前休眠时钟频率，T_Sleep表示所述休眠时间，N_Sleep表示所述休眠时钟计数值，T_offset表示所述偏差；

步骤5.3、将所述当前休眠时钟频率F_SleepClockCurrent加权计入所述休眠时钟频率F_SleepClock；

计算公式为：F_SleepClock＝W*F_SleepClockCurrent+(1-W)*F_SleepClock，其中W为加权因子；

步骤6、检查连接状态是否退出，如果未退出，则执行步骤7，否则执行步骤10；

步骤7、计算下一个连接事件的预期锚点；

计算所述预期锚点的公式为：

T_AnchorPointNext＝T_AnchorPoint+T_ConnectionInterval；

其中，T_AnchorPointNext表示所述预期锚点，T_AnchorPoint表示所述主机锚点时间，T_ConnectionInterval表示蓝牙连接间隔；

步骤8、计算所述休眠时间和所述休眠时钟计数值，并执行休眠；

步骤9、休眠唤醒后，执行步骤1；

步骤10、清除所述主机锚点时间，所述休眠时间和所述休眠时钟计数值参数，退出时钟同步模式。

2.如权利要求1所述的蓝牙休眠时钟的校准方法，其特征在于，根据蓝牙连接间隔、系统距离主机锚点已执行的时间和提前唤醒的时间，得到所述休眠时间。

3.如权利要求1所述的蓝牙休眠时钟的校准方法，其特征在于，根据所述休眠时间和休眠时钟频率，得到所述休眠时钟计数值。

4.如权利要求1所述的蓝牙休眠时钟的校准方法，其特征在于，所述步骤8包括：

步骤8.1、更新T_Sleep和N_Sleep；更新T_Sleep和N_Sleep的方法为：

如果同步成功，则更新所述休眠时钟频率，并将T_Sleep和N_Sleep清零；如果同步失败，则将当前实际的所述休眠时间和所述休眠时钟计数值分别累加到T_Sleep和N_Sleep，重复执行休眠流程和校准流程，直到同步成功或此次蓝牙连接超时；

步骤8.2、执行蓝牙休眠。

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