esp-idf/docs/zh_CN/api-guides/coexist.rst

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2021-07-28 23:20:52 -04:00
RF 共存
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:link_to_translation:`en:[English]`
概览
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2023-11-14 23:00:13 -05:00
ESP系列芯片最多支持三种射频收发模块: BluetoothBT 和 BLE, IEEE802.15.4 和 Wi-Fi, 而每款芯片只支持一路被多个射频收发模块共享的 RF不同模块无法同时使用 RF 收发数据,因此采用时分复用的方法调节不同模块的数据包收发。
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{IDF_TARGET_NAME} 支持的共存场景
------------------------------------
.. only:: SOC_WIFI_SUPPORTED and SOC_BLE_SUPPORTED
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.. table:: 表 1 Wi-Fi 和 BLE 共存支持功能
+-------+--------+-----------+-----+------------+-----------+----------+
| |BLE |
+ +-----+------------+-----------+----------+
| |Scan |Advertising |Connecting |Connected |
+-------+--------+-----------+-----+------------+-----------+----------+
| Wi-Fi |STA |Scan |Y |Y |Y |Y |
+ + +-----------+-----+------------+-----------+----------+
| | |Connecting |Y |Y |Y |Y |
+ + +-----------+-----+------------+-----------+----------+
| | |Connected |Y |Y |Y |Y |
+ +--------+-----------+-----+------------+-----------+----------+
| |SOFTAP |TX Beacon |Y |Y |Y |Y |
+ + +-----------+-----+------------+-----------+----------+
| | |Connecting |C1 |C1 |C1 |C1 |
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+ + +-----------+-----+------------+-----------+----------+
| | |Connected |C1 |C1 |C1 |C1 |
+ +--------+-----------+-----+------------+-----------+----------+
| |Sniffer |RX |C1 |C1 |C1 |C1 |
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+ +--------+-----------+-----+------------+-----------+----------+
| |ESP-NOW |RX |S |S |S |S |
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+ + +-----------+-----+------------+-----------+----------+
| | |TX |Y |Y |Y |Y |
+-------+--------+-----------+-----+------------+-----------+----------+
.. only:: esp32
.. table:: 表 2 Wi-Fi 和经典蓝牙 (BT) 共存支持功能
+-------+--------+-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
| |BR/EDR |
+ +--------+-------------+-----+----------+-----------+
| |Inquiry |Inquiry scan |Page |Page scan | Connected |
+-------+--------+-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
| Wi-Fi |STA |Scan |Y |Y |Y |Y |Y |
+ + +-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
| | |Connecting |Y |Y |Y |Y |Y |
+ + +-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
| | |Connected |Y |Y |Y |Y |Y |
+ +--------+-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
| |SOFTAP |TX Beacon |Y |Y |Y |Y |Y |
+ + +-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
| | |Connecting |C1 |C1 |C1 |C1 |C1 |
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+ + +-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
| | |Connected |C1 |C1 |C1 |C1 |C1 |
+ +--------+-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
| |Sniffer |RX |C1 |C1 |C1 |C1 |C1 |
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+ +--------+-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
| |ESP-NOW |RX |S |S |S |S |S |
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+ + +-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
| | |TX |Y |Y |Y |Y |Y |
+-------+--------+-----------+--------+-------------+-----+----------+-----------+
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.. only:: SOC_IEEE802154_SUPPORTED
.. table:: 表 3 Thread (IEEE802.15.4) 和 BLE 共存支持功能
+--------+-----------------+-----+------------+-----------+----------+
| |BLE |
+ +-----+------------+-----------+----------+
| |Scan |Advertising |Connecting |Connected |
+--------+-----------------+-----+------------+-----------+----------+
| Thread |Scan |X |Y |Y |Y |
+ +-----------------+-----+------------+-----------+----------+
| |Connecting |X |Y |Y |Y |
+ +-----------------+-----+------------+-----------+----------+
| |Connected |X |Y |Y |Y |
+ +-----------------+-----+------------+-----------+----------+
| |Connected | | | | |
| |(high throughput)|X |C1 |C1 |C1 |
+--------+-----------------+-----+------------+-----------+----------+
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.. note::
Y支持且性能稳定。
C1不能保证性能处于稳定状态。
X不支持。
S在 STA 模式下支持且性能稳定,否则不支持。
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共存机制与策略
----------------------------------
共存机制
^^^^^^^^^^^^^^
基于优先级抢占的 RF 资源分配机制如下图所示Bluetooth 模块和 Wi-Fi 模块向共存模块申请 RF 资源,共存模块根据二者的优先级高低裁决 RF 归谁使用。
.. blockdiag::
:scale: 100%
:caption: 共存机制
:align: center
blockdiag {
# global attributes
node_height = 60;
node_width = 120;
span_width = 100;
span_height = 60;
default_shape = roundedbox;
default_group_color = none;
# node labels
Wi-Fi [shape = box];
Bluetooth [shape = box];
Coexistence [shape = box, label = 'Coexistence module'];
RF [shape = box, label = 'RF module'];
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# node connections
Wi-Fi -> Coexistence;
Bluetooth -> Coexistence;
Coexistence -> RF;
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}
.. _coexist_policy-cn:
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共存策略
^^^^^^^^^^^^^^
共存周期和时间片
"""""""""""""""""""
.. only:: esp32
Wi-Fi、BT、BLE 三者对于 RF 的使用,主要是按照时间片来划分的。在一个共存周期内,按照 Wi-Fi、BT、BLE 的顺序划分时间片。在 Wi-Fi 的时间片内Wi-Fi 会向共存仲裁模块发出较高优先级的请求同理BT/BLE 在自己的时间片内会具有较高优先级。共存周期大小和各个时间片占比根据 Wi-Fi 的状态分成四类:
.. only:: SOC_WIFI_SUPPORTED and SOC_BLE_SUPPORTED and not esp32
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Wi-Fi、BLE 二者对于 RF 的使用,主要是按照时间片来划分的。在 Wi-Fi 的时间片内Wi-Fi 会向共存仲裁模块发出较高优先级的请求,在 Bluetooth 的时间片内BLE 会具有较高优先级。共存周期大小和各个时间片占比根据 Wi-Fi 的状态分成四类:
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.. only:: SOC_IEEE802154_SUPPORTED
目前, 当 BLE 与 IEEE802.15.4 共存时, ESP 芯片使用的策略为 BLE 优先级始终优先于 IEEE802.15.4。
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.. list::
:esp32: 1) IDLE 状态BT 和 BLE 共存由 Bluetooth 模块控制。
:SOC_WIFI_SUPPORTED and SOC_BLE_SUPPORTED and not esp32: 1) IDLE 状态RF 模块由 Bluetooth 模块控制。
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#) CONNECTED 状态:共存周期以目标信标传输时间 (Target Beacon Transmission Time, TBTT) 点为起始点,周期大于 100 ms。
#) SCAN 状态Wi-Fi 时间片以及共存周期都比在 CONNECTED 状态下的长。为了确保蓝牙的性能,蓝牙的时间片也会做相应的调整。
#) CONNECTING 状态Wi-Fi 时间片比在 CONNECTED 状态下的长。为了确保蓝牙的性能,蓝牙的时间片也会做相应的调整。
共存逻辑会根据当前 Wi-Fi 和 Bluetooth 的使用场景来选取不同的共存周期和共存时间片的划分策略。对应一个使用场景的共存策略我们称之为“共存模板”。比如Wi-Fi CONNECTED 与 BLE CONNECTED 的场景,就对应有一个共存模板。在这个共存模板中,一个共存周期内 Wi-Fi 和 BLE 的时间片各占 50%,时间分配如下图所示:
.. figure:: ../../_static/coexist_wifi_connected_and_ble_connected_time_slice.png
:align: center
:alt: Wi-Fi CONNECTED 和 BLE CONNECTED 状态下时间片划分图
:figclass: align-center
Wi-Fi CONNECTED 和 BLE CONNECTED 共存状态下时间片划分图
动态优先级
"""""""""""""""""""
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共存模块为每个模块的不同状态分配不同的优先级。每种状态下的优先级并不是一成不变的,例如对于 BLE每 N 个广播事件 (Advertising event) 中会有一个广播事件使用高优先级。如果高优先级的广播事件发生在 Wi-Fi 时间片内RF 的使用权可能会被 BLE 抢占。
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.. only:: SOC_WIFI_SUPPORTED
Wi-Fi 非连接模块的共存
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在一定程度上,某些 Wi-Fi 非连接模块功耗参数 Window 与 Interval 的组合会导致共存模块在 Wi-Fi 时间片外申请共存优先级。这是为了按设定的功耗参数在共存时获取 RF 资源,但这会影响既定的蓝牙性能。
如果 Wi-Fi 非连接模块功耗参数为默认值时,上述动作不会发生,共存模块会按照性能稳定的模式运行。因此,除非你对特定非连接功耗参数下的共存性能有足够的测试,请在共存场景下将 Wi-Fi 非连接模块功耗参数配置为默认参数。
请参考 :ref:`非连接模块功耗管理 <connectionless-module-power-save-cn>` 获取更多信息。
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如何使用共存功能
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共存 API 的使用
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在大多数共存情况下,{IDF_TARGET_NAME} 会自动进行共存状态切换,无需调用 API 对其进行干预。但是对于 BLE MESH 和 Wi-Fi 的共存,{IDF_TARGET_NAME} 对其提供了两个 API。当 BLE MESH 的状态发生变化时,应先调用 :code:`esp_coex_status_bit_clear` 对上一个状态进行清除,然后调用 :code:`esp_coex_status_bit_set` 设置当前状态。
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BLE MESH 共存状态描述
""""""""""""""""""""""""""""
由于 Wi-Fi 和 Bluetooth 固件无法获知当前的上层应用的场景,一些共存模板需要应用代码调用共存的 API 才能生效。BLE MESH 的工作状态就需要由应用层通知给共存模块,用于选择共存模板。
- ESP_COEX_BLE_ST_MESH_CONFIG正在组网。
- ESP_COEX_BLE_ST_MESH_TRAFFIC正在传输数据。
- ESP_COEX_BLE_ST_MESH_STANDBY处于空闲状态无大量数据交互。
共存 API 错误代码
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所有共存 API 都有自定义的返回值,即错误代码。这些代码可分类为:
- 无错误,例如:返回值为 ESP_OK 代表 API 成功返回。
- 可恢复错误,例如: 返回值为 ESP_ERR_INVALID_ARG 代表 API 参数错误。
设置共存编译时选项
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
.. list::
- 在完成共存程序编写的时候,您必须通过 menuconfig 选择 :ref:`CONFIG_ESP_COEX_SW_COEXIST_ENABLE` 打开软件共存配置选项,否则就无法使用上文中提到的共存功能。
:esp32: - 为了在共存情况下获得更好的 Wi-Fi 和蓝牙的通信性能,建议将 Wi-Fi 协议栈的 task 和蓝牙 Controller 以及 Host 协议栈的 task 运行在不同的 CPU 上。您可以通过 :ref:`CONFIG_BTDM_CTRL_PINNED_TO_CORE_CHOICE` 和 :ref:`CONFIG_BT_BLUEDROID_PINNED_TO_CORE_CHOICE` (或者 :ref:`CONFIG_BT_NIMBLE_PINNED_TO_CORE_CHOICE` )选择将蓝牙 controller 以及 host 协议栈的 task 放在同一个 CPU 上,再通过 :ref:`CONFIG_ESP_WIFI_TASK_CORE_ID` 选择将 Wi-Fi 协议栈 task 放在另一个 CPU 上。
:esp32s3: - 为了在共存情况下获得更好的 Wi-Fi 和蓝牙的通信性能,建议将 Wi-Fi 协议栈的 task 和蓝牙 Controller 以及 Host 协议栈的 task 运行在不同的 CPU 上,您可以通过 :ref:`CONFIG_BT_CTRL_PINNED_TO_CORE_CHOICE` 和 :ref:`CONFIG_BT_BLUEDROID_PINNED_TO_CORE_CHOICE` (或者 :ref:`CONFIG_BT_NIMBLE_PINNED_TO_CORE_CHOICE` )选择将蓝牙 controller 以及 host 协议栈的 task 放在同一个 CPU 上,再通过 :ref:`CONFIG_ESP_WIFI_TASK_CORE_ID` 选择将 Wi-Fi 协议栈 task 放在另一个 CPU 上。
:esp32: - 在共存情况下 BLE SCAN 可能会被 Wi-Fi 打断且 Wi-Fi 在当前的 BLE scan window 结束前释放了 RF 资源。为了使 BLE 在当前的 scan window 内再次获取 RF 资源,您可以通过 :ref:`CONFIG_BTDM_CTRL_FULL_SCAN_SUPPORTED` 选择打开 FULL SCAN 配置选项。
:esp32c3 or esp32s3: - 在 BLE 连接过程中使用了 LE Coded PHY 时,为了防止蓝牙数据包持续时间较长而对 Wi-Fi 的性能产生严重影响,您可以在 :ref:`CONFIG_BT_CTRL_COEX_PHY_CODED_TX_RX_TLIM` 的子选项中选择 `BT_CTRL_COEX_PHY_CODED_TX_RX_TLIM_EN` ,打开限制 TX/RX 最大时间的配置选项。
:esp32c2 or esp32c6: - 在 BLE 连接过程中使用了 LE Coded PHY 时,为了防止蓝牙数据包持续时间较长而对 Wi-Fi 的性能产生严重影响,您可以在 :ref:`CONFIG_BT_LE_COEX_PHY_CODED_TX_RX_TLIM` 的子选项中选择 `BT_LE_COEX_PHY_CODED_TX_RX_TLIM_EN` ,打开限制 TX/RX 最大时间的配置选项。
:SOC_BT_SUPPORTED or SOC_WIFI_SUPPORTED: - 您可以通过修改以下 menuconfig 选项,以减小内存开销:
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.. only:: SOC_BT_SUPPORTED
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- :ref:`CONFIG_BT_BLE_DYNAMIC_ENV_MEMORY` 选择打开蓝牙协议栈动态内存配置选项。
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.. only:: SOC_WIFI_SUPPORTED
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- :ref:`CONFIG_ESP_WIFI_STATIC_RX_BUFFER_NUM` 选择减少 Wi-Fi 静态接收数据缓冲区的数量。
- :ref:`CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_RX_BUFFER_NUM` 选择减少 Wi-Fi 动态接收数据缓冲区的数量。
- :ref:`CONFIG_ESP_WIFI_TX_BUFFER` 选择使用动态分配发送数据缓冲区配置选项。
- :ref:`CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_TX_BUFFER_NUM` 选择减少 Wi-Fi 动态发送数据缓冲区的数量。
- :ref:`CONFIG_ESP_WIFI_TX_BA_WIN` 选择减少 Wi-Fi Block Ack TX 窗口的数量。
- :ref:`CONFIG_ESP_WIFI_RX_BA_WIN` 选择减少 Wi-Fi Block Ack RX 窗口的数量。
- :ref:`CONFIG_ESP_WIFI_MGMT_SBUF_NUM` 选择减少 Wi-Fi 管理短缓冲区的数量。
- :ref:`CONFIG_ESP_WIFI_RX_IRAM_OPT` 选择关闭此配置选项,关闭此配置选项将会减少大约 17 KB 的 IRAM 内存。
- :ref:`CONFIG_LWIP_TCP_SND_BUF_DEFAULT` 选择减小 TCP 套接字默认发送缓存区。
- :ref:`CONFIG_LWIP_TCP_WND_DEFAULT` 选择减小 TCP 套接字默认接收窗口。
- :ref:`CONFIG_LWIP_TCP_RECVMBOX_SIZE` 可配置减小 TCP 接收邮箱。接受邮箱负责缓冲 TCP 连接中的数据,确保数据流畅传输。
- :ref:`CONFIG_LWIP_TCP_ACCEPTMBOX_SIZE` 管理传入的连接请求,可配置减小 TCP 接受邮箱。接受邮箱负责管理传入的连接请求,促进建立新的 TCP 连接。
- :ref:`CONFIG_LWIP_UDP_RECVMBOX_SIZE` 选择减小 UDP 接收邮箱。
- :ref:`CONFIG_LWIP_TCPIP_RECVMBOX_SIZE` 选择减小 TCPIP 任务接收邮箱。
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.. note::
由于共存配置选项依赖于任何两个已启用的射频收发模块的存在,请在配置任何共存功能之前,确保至少使能了两个射频收发模块。