藍牙（Bluetooth）協(xié)議標準是由藍牙特別興趣小組（Bluetooth SIG）發(fā)布的,，1999年發(fā)布了Bluetooth 1.0版， 2001年2月發(fā)布了Bluetooth1.1版,。目前SIG成員已經(jīng)發(fā)展到3000家左右,。藍牙協(xié)議規(guī)定的無線通信標準，基于免申請的2.4GHz的 ISM頻段,，采用GFSK跳頻技術(shù)和時分雙工（TDD）技術(shù),，通信距離為10米左右，Blue tooth 1.0版標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為 1Mbps,。主要適用于各種短距離的無線設(shè)備互連應(yīng)用場合?？梢蕴峁c到點或點到多點的無線連接,。

　　1 基于電纜替代的藍牙協(xié)議簡析

　　1.1 藍牙協(xié)議體系

　　藍牙協(xié)議規(guī)范所措述的協(xié)議棧模式如圖1所示。

　　藍牙體系結(jié)構(gòu)中的協(xié)議可分為四層：

　　核心協(xié)議：基帶控制協(xié)議（Baseband）,、鏈路管理協(xié)議（LMP）,、邏輯鏈路控制應(yīng)用協(xié)議（L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）,；

　　電纜替代協(xié)議：RFCOMM,；

　　電話傳送控制協(xié)議：TCS二進制、AT命令集,；

　　可選協(xié)議：PPP,、UDP/TCP/IP、OBEX,、WAP,、vCard、vCal,、IrMC,、WAE。

　　在協(xié)議中,，規(guī)定了為基帶控制器,、LMP、硬件狀態(tài)及控制寄存器提供命令接口的主機控制器接口（HCI）,。在不同的應(yīng)用模式下,，HCI所處的位置不同。它可以位于L2CAP的下面,，也可以在L2CAP之上,。

　　1.2 電纜替代協(xié)議應(yīng)用模式

　　基于ETSI標準的TS07.10信令的RFCOMM協(xié)議，提供了一個基于L2CAP協(xié)議之上的串口仿真應(yīng)用模式,。藍牙協(xié)議1.0版中,， RFCOMM提供的上層服務(wù)模式主要有三種：對9針RS-232接口仿真模式,、空Modem仿真模式和多串口仿真模式。典型的RFCOMM應(yīng)用模式框圖如圖2所示,。

　　1.3 藍牙嵌入式應(yīng)用模式

　　僅僅以RFCOMM協(xié)議為基礎(chǔ),，作為串口的電纜替代應(yīng)用，無形中限制了藍牙設(shè)備的應(yīng)用范圍,，降低了藍牙設(shè)備的應(yīng)用價值,。目前計算機與外部設(shè)備的接口種類繁多，比較常見的有RS-232,、RS-485,、Parallel Port、CAN總線,、SPI總線,、I2C總線等。如果要使藍牙設(shè)備在各種場合發(fā)揮作用,，必須使藍牙設(shè)備具備適合這些應(yīng)用場合的多種接口功能,。使用DSP 數(shù)字信號處理器作為嵌入式控制器，不僅實現(xiàn)藍牙物理設(shè)備的初始化,、藍牙高層協(xié)議,，而且利用其接口靈活的特點，可以方便地對藍牙電纜替代協(xié)議進行有效擴展,。具體應(yīng)用模式如圖3所示,。

　　藍牙（Bluetooth）協(xié)議標準是由藍牙特別興趣小組（Bluetooth SIG）發(fā)布的，1999年發(fā)布了Bluetooth 1.0版,， 2001年2月發(fā)布了Bluetooth1.1版,。目前SIG成員已經(jīng)發(fā)展到3000家左右。藍牙協(xié)議規(guī)定的無線通信標準,，基于免申請的2.4GHz的 ISM頻段,，采用GFSK跳頻技術(shù)和時分雙工（TDD）技術(shù)，通信距離為10米左右,，Blue tooth 1.0版標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為 1Mbps,。主要適用于各種短距離的無線設(shè)備互連應(yīng)用場合?？梢蕴峁c到點或點到多點的無線連接,。

　　1 基于電纜替代的藍牙協(xié)議簡析

　　1.1 藍牙協(xié)議體系

　　藍牙協(xié)議規(guī)范所措述的協(xié)議棧模式如圖1所示。

　　藍牙體系結(jié)構(gòu)中的協(xié)議可分為四層：

　　核心協(xié)議：基帶控制協(xié)議（Baseband）,、鏈路管理協(xié)議（LMP）,、邏輯鏈路控制應(yīng)用協(xié)議（L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）,；

　　電纜替代協(xié)議：RFCOMM,；

　　電話傳送控制協(xié)議：TCS二進制,、AT命令集；

　　可選協(xié)議：PPP,、UDP/TCP/IP,、OBEX、WAP,、vCard,、vCal、IrMC,、WAE,。

　　在協(xié)議中，規(guī)定了為基帶控制器,、LMP,、硬件狀態(tài)及控制寄存器提供命令接口的主機控制器接口（HCI）。在不同的應(yīng)用模式下,，HCI所處的位置不同。它可以位于L2CAP的下面,，也可以在L2CAP之上,。

　　1.2 電纜替代協(xié)議應(yīng)用模式

　　基于ETSI標準的TS07.10信令的RFCOMM協(xié)議，提供了一個基于L2CAP協(xié)議之上的串口仿真應(yīng)用模式,。藍牙協(xié)議1.0版中,， RFCOMM提供的上層服務(wù)模式主要有三種：對9針RS-232接口仿真模式、空Modem仿真模式和多串口仿真模式,。典型的RFCOMM應(yīng)用模式框圖如圖2所示,。

　　1.3 藍牙嵌入式應(yīng)用模式

　　僅僅以RFCOMM協(xié)議為基礎(chǔ)，作為串口的電纜替代應(yīng)用,，無形中限制了藍牙設(shè)備的應(yīng)用范圍,，降低了藍牙設(shè)備的應(yīng)用價值。目前計算機與外部設(shè)備的接口種類繁多,，比較常見的有RS-232,、RS-485、Parallel Port,、CAN總線,、SPI總線、I2C總線等,。如果要使藍牙設(shè)備在各種場合發(fā)揮作用,，必須使藍牙設(shè)備具備適合這些應(yīng)用場合的多種接口功能。使用DSP 數(shù)字信號處理器作為嵌入式控制器,，不僅實現(xiàn)藍牙物理設(shè)備的初始化,、藍牙高層協(xié)議,，而且利用其接口靈活的特點，可以方便地對藍牙電纜替代協(xié)議進行有效擴展,。具體應(yīng)用模式如圖3所示,。

　　2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)的構(gòu)成在硬件上分為兩個部分，藍牙基帶和射頻部分采用愛立信（ERICSSON）公司提供的藍牙模塊ROK101007,；嵌入式控制器采用美國TI公司的TMS320VC54X系列的DSP數(shù)字信號處理器,。

　　2.1 ERICSSON藍牙模塊

　　ROK101007 是根據(jù)藍牙規(guī)范1.0版（Bluetooth 1.0B Version）而設(shè)計的短距離藍牙通信模塊，它包括三個主上部分：基帶控制芯片,、Flash存儲器和Radio芯片,。它工作在 2.4GHz～2.5GHz的ISM頻段，支持聲音和數(shù)據(jù)的傳輸,，其主上功能參數(shù)有：

　　Bluetooth 1.0B預認證,；

　　2級RF射頻功率輸出；

　　提供FCC和ETSI糾錯處理,；

　　最大460 KB/s UART數(shù)據(jù)傳輸速率,；

　　提供UART、USB,、PCM,、I2C等多種HCI接口；

　　提供內(nèi)部晶振,；

　　內(nèi)部預制HCI框架,；

　　點到點、點到多點操作,；

　　嵌入式屏蔽保護,。

　　ROK101007特別適合計算機及外圍設(shè)備、手持設(shè)備,、端口設(shè)備使用,。其內(nèi)含的藍牙協(xié)議構(gòu)架及內(nèi)部系統(tǒng)框圖如圖4、圖5所示,。

　　2.2 DSP處理器

　　TMS320C54X是16-bit定點DSP,，適合無線通信等實時嵌入式應(yīng)用的需要。C54x使用了改進的哈佛結(jié)構(gòu),。CPU具有專用硬件算術(shù)運算邏輯,，大量的片內(nèi)存儲器、增強的片內(nèi)外設(shè)以及高度專業(yè)化的指令集,，使其具有高度的操作靈活性和運行速度,。主要特點如下：

　　運算速度快：指令周期為25/20/15/12.5/10ns，運算能力為40/50/66/80/100MIPS；

　　優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)：內(nèi)含1個40位的算術(shù)運算邏輯單元,，2個40位的累加器,，2個40位的加法器，1個17×17的硬件乘法器和1個40位的桶形移位器,。有4條內(nèi)部總線和2個地址產(chǎn)生器等,。先進的CPU優(yōu)化結(jié)構(gòu)可以使DSP高效地實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)中的各種功能。

　　低功耗方式：54x系列DSP可以在3.3V或2.7V電壓下工作,，而有些DSP內(nèi)核采用1.8V電壓工作以減小功耗,。

　　智能外設(shè)：除了標準的串行口和分時復用（TDM）串口外，54x還提供了多路緩沖串口（McBSP）和外部處理器通信的HPI并行接口,。

　　2.3 系統(tǒng)構(gòu)成

　　本系統(tǒng)中,，采用單5V電源供電，嵌入式系統(tǒng)控制器與藍牙模塊之間的HCI接口采用UART方式,。硬件構(gòu)成框圖如圖6所示,。整個系統(tǒng)分為四個部分：發(fā)射機、嵌入式控制器,、電源管理,、接口邏輯。

　?。?）發(fā)射機由藍牙模塊ROK101007和阻抗為50Ω的天線構(gòu)成,。初始化階段，模塊接收控制器通過UART發(fā)送的HCI命令,，實現(xiàn)藍牙設(shè)備的復位、啟動,、地址查詢,、跳頻算法、自動尋呼等初始化操作,，與附近的藍牙設(shè)備建立可靠的物理鏈路,，并對物理鏈路進行相應(yīng)的加密。在數(shù)據(jù)傳送階段,，接收控制器（HCI驅(qū)動模塊）送來的HCI數(shù)據(jù)包,，經(jīng)過模塊中HCI固件（HCI Firmwire）轉(zhuǎn)化為基帶數(shù)據(jù)包并送給基帶協(xié)議層（Baseband）處理，基帶對上層送來的數(shù)據(jù)進行解碼,，將其變?yōu)榭梢园l(fā)送的位數(shù)據(jù)流,，按照設(shè)定的跳頻算法，采用高斯頻移鍵控（GFSK）編碼方式通過天線送出去,。接收數(shù)據(jù)時,，以相反的過程將接收到的數(shù)據(jù)進行編碼，組合成HCI數(shù)據(jù)包格式并通過 UART口送給控制器。具體的收發(fā)執(zhí)行過程可以參考ROK101007數(shù)據(jù)及應(yīng)用手冊以及藍牙協(xié)議相關(guān)部分,。

　?。?）嵌入式控制器由TI的定點數(shù)字信號處理器TMS320C54x、Flash Memory,、SRAM組成,，完成對藍牙模塊的初始化、數(shù)據(jù)傳送,、協(xié)議實現(xiàn)等功能,。

　　（3）接口控制邏輯包括應(yīng)用接口和控制接口,?？刂平涌跒榭刂破鞯腍PI接口，主要實現(xiàn)系統(tǒng)的在線特殊控制和Flash在線編程數(shù)據(jù)傳送口,。HPI控制接口通過DSP的HPI主機接口實現(xiàn),。應(yīng)用接口包括RS-232/RS-485串行接口邏輯、并行接口邏輯（如IEEE488總線）,、SI同步串口邏輯,，在不同的嵌入式應(yīng)用中，分別通過不同的接口形式實現(xiàn)本嵌入式系統(tǒng)與主設(shè)備控制器的接口,。應(yīng)用接口通過DSP的片內(nèi)外設(shè)（enhanced peripherals）或者通用I/O端口模擬實現(xiàn),。

　　（4）電源管理,。系統(tǒng)通過單5V電源供電,，可以簡單地從主設(shè)備接口中獲取電源，無須另加電源器件,。電源管理模塊采用TI專用電路,，提供兩路電壓輸出，+3.3V工作電壓和+1.8V控制器內(nèi)核工作電壓,。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)采用TI提供的DSP5000系列專用集成開發(fā)工具CCS1.2開發(fā),。系統(tǒng)軟件構(gòu)成包括應(yīng)用端口通信及協(xié)議模塊、L2CAP協(xié)議模塊,、HCI接口驅(qū)動模塊,、HPI通信模塊和Flash編程模塊。主要任務(wù)可分為：系統(tǒng)初始化,、Flash編程,、建立物理鏈路、數(shù)據(jù)傳送和接收等,。整個軟件流程如圖7,。

　　由于藍牙模塊本身具有線路加密功能,，因此在本系統(tǒng)設(shè)計中沒有考慮軟件加密功能。在實際的設(shè)計和應(yīng)用過程中,，可以視其實際應(yīng)用環(huán)境和系統(tǒng)處理速度而添加軟件加密模塊,。由于跳頻通信本身具有高抗干擾性的特點，本嵌入式藍牙應(yīng)用系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于各種終端設(shè)備和手持設(shè)備間的中低速無線數(shù)據(jù)交換,，而且可廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備,、軍事裝備的檢測和控制領(lǐng)域。