摘? 要: 以TI的TMS302VC54x數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為嵌入式控制器" title="嵌入式控制器">嵌入式控制器,、ERICSSON的藍(lán)牙模塊" title="藍(lán)牙模塊">藍(lán)牙模塊為例,在藍(lán)牙電纜替代協(xié)議應(yīng)用模式" title="應(yīng)用模式">應(yīng)用模式的基礎(chǔ)上,提出一種將電纜替代協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展的嵌入式藍(lán)牙應(yīng)用模式及其硬,、軟件的實(shí)現(xiàn)。?

　　關(guān)鍵詞: Bluetooth 嵌入式系統(tǒng)? DSP? 協(xié)議?

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　　藍(lán)牙(Bluetooth)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是由藍(lán)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(lán)牙協(xié)議規(guī)定的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn),基于免申請(qǐng)的2.4GHz的ISM頻段,采用GFSK跳頻技術(shù)和時(shí)分雙工(TDD)技術(shù),通信距離為10米左右,Bluetooth 1.0版標(biāo)準(zhǔn)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(wú)線設(shè)備互連應(yīng)用場(chǎng)合,?？梢蕴峁c(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)線連接。?

1 基于電纜替代的藍(lán)牙協(xié)議簡(jiǎn)析?

1.1 藍(lán)牙協(xié)議體系?

　　藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范所描述的協(xié)議棧模式如圖1所示,。?

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　　藍(lán)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" title="鏈路">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(jìn)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的TS07.10信令的RFCOMM協(xié)議,提供了一個(gè)基于L2CAP協(xié)議之上的串口" title="串口">串口仿真應(yīng)用模式。藍(lán)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(duì)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。

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1.3 藍(lán)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(wú)形中限制了藍(lán)牙設(shè)備的應(yīng)用范圍,降低了藍(lán)牙設(shè)備的應(yīng)用價(jià)值,。目前計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的接口種類繁多,比較常見(jiàn)的有RS-232,、RS-485、Parallel Port,、CAN總線,、SPI總線、I2C總線等,。如果要使藍(lán)牙設(shè)備在各種場(chǎng)合發(fā)揮作用,必須使藍(lán)牙設(shè)備具備適合這些應(yīng)用場(chǎng)合的多種接口功能,。使用DSP數(shù)字信號(hào)處理器作為嵌入式控制器,不僅實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙物理設(shè)備的初始化、藍(lán)牙高層協(xié)議,而且利用其接口靈活的特點(diǎn),可以方便地對(duì)藍(lán)牙電纜替代協(xié)議進(jìn)行有效的擴(kuò)展,。具體應(yīng)用模式如圖3所示,。?

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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(gè)部分,藍(lán)牙基帶和射頻部分采用愛(ài)立信(ERICSSON)公司提供的藍(lán)牙模塊ROK101007;嵌入式控制器采用美國(guó)TI公司的TMS320VC54X 系列的DSP數(shù)字信號(hào)處理器。?

2.1 ERICSSON藍(lán)牙模塊?

　　ROK101007是根據(jù)藍(lán)牙規(guī)范 1.0版(Bluetooth 1.0B Version)而設(shè)計(jì)的短距離藍(lán)牙通信模塊,它包括三個(gè)主要部分:基帶控制芯片,、Flash存儲(chǔ)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,其主要功能參數(shù)有:?

　　Bluetooth 1.0B 預(yù)認(rèn)證;?

　　2級(jí)RF射頻功率輸出;?

　　提供FCC和ETSI糾錯(cuò)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(yù)制HCI框架;?

　　點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)操作;?

　　嵌入式屏蔽保護(hù),。?

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

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2.2 DSP處理器?

　　TMS320C54X是16-bit定點(diǎn)DSP,適合無(wú)線通信等實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用的需要,。C54x使用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。CPU具有專用硬件算術(shù)運(yùn)算邏輯,大量的片內(nèi)存儲(chǔ)器,、增強(qiáng)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(yùn)行速度,。主要特點(diǎn)如下:?

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

　　優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu):內(nèi)含1個(gè)40位的算術(shù)運(yùn)算邏輯單元,2個(gè)40位的累加器,2個(gè)40位的加法器,1個(gè)17×17的硬件乘法器和1個(gè)40位的桶形移位器。有4條內(nèi)部總線和2個(gè)地址產(chǎn)生器等,。先進(jìn)的CPU優(yōu)化結(jié)構(gòu)可以使DSP高效地實(shí)現(xiàn)無(wú)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(biāo)準(zhǔn)的串行口和分時(shí)復(fù)用(TDM)串口外,54x還提供了多路緩沖串口(McBSP)和外部主處理器通信的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,嵌入式控制器與藍(lán)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(gè)系統(tǒng)分為四個(gè)部分:發(fā)射機(jī)、嵌入式控制器,、電源管理,、接口邏輯。?

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　　(1)發(fā)射機(jī)由藍(lán)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(guò)UART發(fā)送的HCI命令,實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的復(fù)位,、啟動(dòng)、地址查詢,、跳頻算法,、自動(dòng)尋呼等初始化操作,與附近的藍(lán)牙設(shè)備建立可靠的物理鏈路,并對(duì)物理鏈路進(jìn)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(dòng)模塊)送來(lái)的HCI數(shù)據(jù)包,經(jīng)過(guò)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(duì)上層送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)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(guò)天線發(fā)送出去,。接收數(shù)據(jù)時(shí),以相反的過(guò)程將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,組合成HCI數(shù)據(jù)包格式并通過(guò)UART口送給控制器,。具體的收發(fā)執(zhí)行過(guò)程可以參考ROK101007數(shù)據(jù)及應(yīng)用手冊(cè)以及藍(lán)牙協(xié)議相關(guān)部分。?

　　(2)嵌入式控制器由TI的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器?

　　TMS320C54x,、Flash Memory,、SRAM組成,完成對(duì)藍(lán)牙模塊的初始化、數(shù)據(jù)傳送,、協(xié)議實(shí)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(shí)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(guò)DSP的HPI主機(jī)接口實(shí)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),、SPI同步串口邏輯,在不同的嵌入式應(yīng)用中,分別通過(guò)不同的接口形式實(shí)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(guò)DSP的片內(nèi)外設(shè)(enhanced peripherals)或者通用I/O端口模擬實(shí)現(xiàn),。?

　　(4)電源管理,。系統(tǒng)通過(guò)單5V電源供電,可以簡(jiǎn)單地從主設(shè)備接口中獲取電源,無(wú)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(jì)?

　　系統(tǒng)采用TI提供的DSP5000系列專用集成開(kāi)發(fā)工具CCS1.2開(kāi)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(dòng)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(gè)軟件流程如圖7,。?

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　　由于藍(lán)牙模塊本身具有線路加密功能,因此在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮軟件加密功能,。在實(shí)際的設(shè)計(jì)和應(yīng)用過(guò)程中,可以視其實(shí)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(diǎn),本嵌入式藍(lán)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(wú)線數(shù)據(jù)交換,而且可以廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備,、軍事裝備的檢測(cè)和控制領(lǐng)域,。?

參考文獻(xiàn)?

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2 ROK101007 Bluetooth Module Datasheet.http://www.ericsson.se/micro?

3 TMS320C54x DSP Reference Set,Volume1-Volume 4,Copyright by Texas Instruments Incorporated?

3 金 純,許光辰,孫睿.藍(lán)牙技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,2001年3月第1版?

4 彭啟琮.TMS320C54x實(shí)用教程.成都:電子科技大學(xué)出版社,2000年1月第1版?

5 張雄偉.DSP芯片的原理與開(kāi)發(fā)應(yīng)用.北京:電子工業(yè)出版社,2000年9月第2版?

6 唐 寅.藍(lán)芽系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)技術(shù).無(wú)線電工程,2001;31(3)?