INGCHIPS BLE芯片如何获得最大吞吐量？
一、结论
使用ingchips sdk中测试吞吐率的例程peripheral_throughput和central_throughput，使用两个开发板进行测试。
1m phy吞吐率≥93kbps；
2m phy吞吐率≥152kbps。
二、1m phy
01 实测
为了最小化包头、包尾、校验等无法避免的数据开销，每一包数据mtu设置为247。 除去3bytes的att header，则实际的att payload为244。 在central端连接参数使用默认值的情况下：
static initiating_phy_config_t phy_configs[] = { { .phy = phy_1m, .conn_param = { .scan_int = 200, .scan_win = 180, .interval_min = 50, .interval_max = 50, .latency = 0, .supervision_timeout = 600, .min_ce_len = 90, .max_ce_len = 90 } } };
对于1m phy来说，由主设备统计的吞吐率为：687104bps。
使用蓝盒（ellisys）抓包：
一包间隔为62.5ms(即50*1.25ms)，观察其中的数据包发现，一个间隔有23包数据发出去。
实际发出的有效数据=23x244bytes=23x244x8bits=44896bits。 吞吐率=44896/0.0625=718336bps. 比串口统计的略大，仔细观察ellisys窗口，发现每个连接间隔发满时，都有一次retry。
在连接间隔的末尾，从设备没有回复主设备连接包，主设备进行了一次重传。
也就是一个连接间隔实际只发了22包。
吞吐率=22x244x8/0.0625=687104，与串口的统计对应上了。
想要提升吞吐率，从上面的分析可以看到，有两个可以调整的地方，一个是每次重传的那一包，一个是连接间隔中空闲的6.116ms。
6.116ms足够传2包数据（具体传送一包的时长，参照下面的理论分析部分）。
调整连接间隔
.interval_min = 51,
.interval_max = 51,
可以看到，每个连接间隔变成了63.75ms，比刚才多传了一包，24包（由于依然有一个retry包，有效包23包），连接间隔中浪费的时间4.89ms，比刚才的6.116ms少，本次吞吐率理论上比上次高。
23x244x8/0.06375=704205
串口显示基本上两次718336，一次673440， (718336x2+673440)/3=703370，基本一致。 参数设置为
.conn_param = { .scan_int = 200, .scan_win = 180, .interval_min = 100, .interval_max = 100, .latency = 0, .supervision_timeout = 600, .min_ce_len = 200, .max_ce_len = 200 }
每个连接间隔125ms，传输有效包48包。
48x244x8/0.125=749568bps=93696bps≈93kbps，
此时连接间隔的空闲时间为4.447ms，
基本上已经达到极限。
02 理论分析
ble连接数据包分解如下：
当att payload设置为244，传输一包数据需额外传输的bytes数为：
1（preamble）+4（access address）+2（ll header）+4（l2cap header）+3（att header）+3（crc）=17（因为不加密，所以没有mic）。
一包总的数据长度为17+244=261bytes=261x8bits=2088bits。
对于1mphy来说，传输1bit时间为1us，传输一包数据就需要2088us，即2.088ms。
数据传输还有另外两个无法避免的时间开销：1）传输完一个数据包后，需要另一个设备回一个空包来保持数据传输；2）数据包之间需要有一个空闲时间来让协议栈完成数据处理，这个时间即t_ifs，150us。
空包的长度为1（preamble）+4（access address）+2（pdu）+3（crc）=10bytes=80bits。
也就是说传输一个空包时间为80us，加上两个t_ifs，总共380us。
也就是说，传输244bytes数据，实际花费的总时间=2088us+380us=2468us=2.468ms. 如果可以保持不间断地发送，吞吐率=244/0.002468=98865bytes≈98kbps。
但是实际必然无法达到这个速度，就是由于上面说的，每一个连接间隔无法全部用于发送数据，即便让连接间隔是2.468ms的整数倍，协议栈也会留出一些空隙用于内部业务处理，对于ingchips来说，这个间隙大约在4-6ms。 因此实测的93kbps已接近理论吞吐量的极限。
根据上面的分析，合理猜测如果把连接间隔无限拉长，可以最小化每个连接间隔空隙4-6ms的影响。
但实际上，协议栈总需要时间来处理自己的事务，如果把连接间隔设的过长，且全部用于发送数据，协议栈就会在一定时间停止发送，且此连接间隔剩下的时间也不再用于发送数据，因此数据速率还会下降。
三、2m phy
01 ellisys 抓包 2m phy 方法
如下图所示，勾选2m phy
02 实测
在连接间隔设为60，152kbps以上。
具体过程不再赘述。
四、实操
01 环境准备
硬件：
ingchips开发板两套，可以咨询ingchips代理商购买（上面的胶棒天线需要自备）。
micro usb线两条。
软件：
ingchips sdk，下载最新版本。
串口调试工具，比如sscom。
02 测试过程
说明：
关于ingchips sdk的下载和安装、开发软件环境的配置、例程的编译和固件下载等具体问题，桃芯官网提供了丰富的由浅入深的开发资料，前期搭建环境过程中可以参照。
sdk安装好后，在两块开发板分别下载sdk提供的专门用于吞吐量测试的主从例程。
连接主设备的串口，主设备上电会有打印，有相关调试指令的说明。
主设备扫描到从设备后，会自动进行连接。
之后发送测试指令（start m->s表示主设备发，从设备收），主设备的串口就会1秒钟发送一次实时吞吐率测试结果。
可以参照第二部分中，调整连接参数的配置，观察吞吐率的变化。如果有条件，也可以用ellisys实时抓取连接过程，观察空中包的发送情况。
注意：测试时把两套开发板放在靠近的位置上，保证二者有稳定的信号连接，信号不稳或者太差会影响吞吐率，信号强度对吞吐率的影响欢迎小伙伴们自行测试。
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二、1m phy
01 实测
为了最小化包头、包尾、校验等无法避免的数据开销，每一包数据mtu设置为247。 除去3bytes的att header，则实际的att payload为244。 在central端连接参数使用默认值的情况下：
static initiating_phy_config_t phy_configs[] = { { .phy = phy_1m, .conn_param = { .scan_int = 200, .scan_win = 180, .interval_min = 50, .interval_max = 50, .latency = 0, .supervision_timeout = 600, .min_ce_len = 90, .max_ce_len = 90 } } };
对于1m phy来说，由主设备统计的吞吐率为：687104bps。
使用蓝盒（ellisys）抓包：
一包间隔为62.5ms(即50*1.25ms)，观察其中的数据包发现，一个间隔有23包数据发出去。
实际发出的有效数据=23x244bytes=23x244x8bits=44896bits。 吞吐率=44896/0.0625=718336bps. 比串口统计的略大，仔细观察ellisys窗口，发现每个连接间隔发满时，都有一次retry。
在连接间隔的末尾，从设备没有回复主设备连接包，主设备进行了一次重传。
也就是一个连接间隔实际只发了22包。
吞吐率=22x244x8/0.0625=687104，与串口的统计对应上了。
想要提升吞吐率，从上面的分析可以看到，有两个可以调整的地方，一个是每次重传的那一包，一个是连接间隔中空闲的6.116ms。
6.116ms足够传2包数据（具体传送一包的时长，参照下面的理论分析部分）。
调整连接间隔
.interval_min = 51,
.interval_max = 51,
可以看到，每个连接间隔变成了63.75ms，比刚才多传了一包，24包（由于依然有一个retry包，有效包23包），连接间隔中浪费的时间4.89ms，比刚才的6.116ms少，本次吞吐率理论上比上次高。
23x244x8/0.06375=704205
串口显示基本上两次718336，一次673440， (718336x2+673440)/3=703370，基本一致。 参数设置为
.conn_param = { .scan_int = 200, .scan_win = 180, .interval_min = 100, .interval_max = 100, .latency = 0, .supervision_timeout = 600, .min_ce_len = 200, .max_ce_len = 200 }
每个连接间隔125ms，传输有效包48包。
48x244x8/0.125=749568bps=93696bps≈93kbps，
此时连接间隔的空闲时间为4.447ms，
基本上已经达到极限。
02 理论分析
ble连接数据包分解如下：
当att payload设置为244，传输一包数据需额外传输的bytes数为：
1（preamble）+4（access address）+2（ll header）+4（l2cap header）+3（att header）+3（crc）=17（因为不加密，所以没有mic）。
一包总的数据长度为17+244=261bytes=261x8bits=2088bits。
对于1mphy来说，传输1bit时间为1us，传输一包数据就需要2088us，即2.088ms。
数据传输还有另外两个无法避免的时间开销：1）传输完一个数据包后，需要另一个设备回一个空包来保持数据传输；2）数据包之间需要有一个空闲时间来让协议栈完成数据处理，这个时间即t_ifs，150us。
空包的长度为1（preamble）+4（access address）+2（pdu）+3（crc）=10bytes=80bits。
也就是说传输一个空包时间为80us，加上两个t_ifs，总共380us。
也就是说，传输244bytes数据，实际花费的总时间=2088us+380us=2468us=2.468ms. 如果可以保持不间断地发送，吞吐率=244/0.002468=98865bytes≈98kbps。
但是实际必然无法达到这个速度，就是由于上面说的，每一个连接间隔无法全部用于发送数据，即便让连接间隔是2.468ms的整数倍，协议栈也会留出一些空隙用于内部业务处理，对于ingchips来说，这个间隙大约在4-6ms。 因此实测的93kbps已接近理论吞吐量的极限。
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但实际上，协议栈总需要时间来处理自己的事务，如果把连接间隔设的过长，且全部用于发送数据，协议栈就会在一定时间停止发送，且此连接间隔剩下的时间也不再用于发送数据，因此数据速率还会下降。
三、2m phy
01 ellisys 抓包 2m phy 方法
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四、实操
01 环境准备
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软件：
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02 测试过程
说明：
关于ingchips sdk的下载和安装、开发软件环境的配置、例程的编译和固件下载等具体问题，桃芯官网提供了丰富的由浅入深的开发资料，前期搭建环境过程中可以参照。
sdk安装好后，在两块开发板分别下载sdk提供的专门用于吞吐量测试的主从例程。
连接主设备的串口，主设备上电会有打印，有相关调试指令的说明。
主设备扫描到从设备后，会自动进行连接。
之后发送测试指令（start m->s表示主设备发，从设备收），主设备的串口就会1秒钟发送一次实时吞吐率测试结果。
可以参照第二部分中，调整连接参数的配置，观察吞吐率的变化。如果有条件，也可以用ellisys实时抓取连接过程，观察空中包的发送情况。
注意：测试时把两套开发板放在靠近的位置上，保证二者有稳定的信号连接，信号不稳或者太差会影响吞吐率，信号强度对吞吐率的影响欢迎小伙伴们自行测试。
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