基于hci協(xié)議層的藍(lán)牙通用外接模塊的研究開(kāi)發(fā)

1、基于HCI協(xié)議層的藍(lán)牙通用外接模塊的研究開(kāi)發(fā)摘要：藍(lán)牙是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)。本文從藍(lán)牙協(xié)議棧中的HCI層入手，對(duì)該層的主要功能和工作機(jī)制進(jìn)行了剖析，進(jìn)而闡述了基于HCI層的藍(lán)牙應(yīng)用開(kāi)發(fā)方案，并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品實(shí)例——藍(lán)牙通用外接模塊，最后，還對(duì)基于此模塊的擴(kuò)展應(yīng)用——無(wú)線裁判打分系統(tǒng)進(jìn)行了說(shuō)明。關(guān)鍵詞:HCI；藍(lán)牙技術(shù)；無(wú)線通信1引言藍(lán)牙（Bluetooth），是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，用于替代數(shù)字設(shè)備牙設(shè)備運(yùn)行在和

2、計(jì)算機(jī)外設(shè)間的電纜連接以及實(shí)現(xiàn)數(shù)字設(shè)備間的無(wú)線組網(wǎng)。1998年5月由愛(ài)立信、IBM、英特爾、諾基亞、東芝等5家公司成立了藍(lán)牙特殊利益小組（SIG），負(fù)責(zé)聯(lián)合制定藍(lán)牙規(guī)范。藍(lán)牙工作在向全球統(tǒng)一開(kāi)放的2.4GHz工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)（IndustrialScientificMedical）頻段，可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和語(yǔ)音，至多8個(gè)活動(dòng)的藍(lán)牙設(shè)備可以共享信道帶寬，形成所謂的匹克網(wǎng)（pico）。在每一個(gè)pico中，有1個(gè)為藍(lán)牙主設(shè)備，其余7個(gè)為從設(shè)備，

3、同時(shí)可容許有更多的從設(shè)備以暫停(park)的方式鎖定到主設(shè)備。多個(gè)piconet可以相互重疊。形成散射網(wǎng)(scatternet)。SIG所頒布的藍(lán)牙規(guī)范就是藍(lán)牙無(wú)線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了藍(lán)牙應(yīng)用應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)和需要達(dá)到的要求，包括核心協(xié)議（Ce）與應(yīng)用框架（Profiles）兩部分。協(xié)議規(guī)范部分定義了藍(lán)牙的各層通信協(xié)議，遵循開(kāi)放系統(tǒng)互連3藍(lán)牙應(yīng)用開(kāi)發(fā)方案在圖1中所提到的主機(jī)是一個(gè)廣義的概念，可以是以MPU為核心的計(jì)算機(jī)、也可以是以MCU為

4、核心的控制電路，二者用途各異。其中以MCU為核心的控制電路適用于嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)，而以MPU為核心的計(jì)算機(jī)則適合于人機(jī)接口的軟件開(kāi)發(fā)。藍(lán)牙協(xié)議為建立于藍(lán)牙技術(shù)之上的多種應(yīng)用提供了完整的解決辦法，但對(duì)于不同應(yīng)用一般只用到藍(lán)牙協(xié)議中的某幾個(gè)，而且對(duì)于每部分協(xié)議也不用它所提供的全部功能。進(jìn)而，在藍(lán)牙應(yīng)用開(kāi)發(fā)中可以從不同的協(xié)議層入手。在開(kāi)發(fā)藍(lán)牙系統(tǒng)時(shí)，一般采用兩種方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，一種是采用只提供無(wú)線接口的簡(jiǎn)單模塊，從藍(lán)牙子系統(tǒng)做起，再針對(duì)應(yīng)用自行開(kāi)

5、發(fā)主芯片，該主芯片包括從基帶層到應(yīng)用層的完整藍(lán)牙協(xié)議棧，這種開(kāi)發(fā)方式較為復(fù)雜，但不一定需要HCI層；另一種方法是購(gòu)買(mǎi)由供應(yīng)商提供的完整的藍(lán)牙模塊，這些模塊實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙子系統(tǒng)的全部或部分功能，屏蔽了射頻和基帶兩個(gè)硬件協(xié)議層，可以直接在HCI基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。目前供應(yīng)商提供的藍(lán)牙模塊大致可分為2類(lèi)，第1類(lèi)為只實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙鏈路控制功能的模塊，第2類(lèi)為藍(lán)牙鏈路控制與嵌入式HCI驅(qū)動(dòng)功能均已實(shí)現(xiàn)的模塊。這2類(lèi)模塊的主要不同之處在于第2類(lèi)包括一個(gè)RISC

6、(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))處理器，實(shí)現(xiàn)鏈路控制和HCI功能，而第1類(lèi)的RISC則不具有HCI功能。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)實(shí)際情況而選擇不同類(lèi)型的模塊。如果選用集成了鏈路控制與HCI驅(qū)動(dòng)功能的藍(lán)牙模塊，那么就可以在一個(gè)比較完整的平臺(tái)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。如果主機(jī)具有USB或UART接口，在藍(lán)牙模塊與主機(jī)信號(hào)電平兼容的情況下，接口連接可以不需要其它輔助硬件電路。許多情況下，USB或UART接口集成在主機(jī)的核心芯片上，所以可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊與主機(jī)的無(wú)縫接口。這種

7、模型下的藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，主要工作集中在藍(lán)牙主機(jī)端軟件的實(shí)現(xiàn)上，包括HCI驅(qū)動(dòng)程序與傳輸層驅(qū)動(dòng)程序。正是由于這種藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)了嵌入式HCI協(xié)議，所以應(yīng)用開(kāi)發(fā)可以直接從HCI層開(kāi)始，避免了基帶與射頻的硬件實(shí)現(xiàn)，是一種全軟件式的開(kāi)發(fā)模式，開(kāi)發(fā)成果具有很好的可移植性。本文中正是采用了這一開(kāi)發(fā)方案進(jìn)行的藍(lán)牙通用外接模塊的開(kāi)發(fā)。通過(guò)封裝HCI協(xié)議層，可以生成標(biāo)準(zhǔn)的HCI接口函數(shù)，為上層的應(yīng)用開(kāi)發(fā)（在本文指的是藍(lán)牙通用模塊）提供一個(gè)完整的平臺(tái)。制功

8、能的藍(lán)牙模塊，由于它不提供HCI傳輸層接口和嵌入式HCI驅(qū)動(dòng)程序。此時(shí)，嵌入式HCI驅(qū)動(dòng)程序的功能將轉(zhuǎn)嫁給主機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，與前一種開(kāi)發(fā)模式相比，主機(jī)的HCI層驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒆兊檬謴?fù)雜，開(kāi)發(fā)周期也將是比較長(zhǎng)的。４藍(lán)牙通用外接模塊設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)例筆者基于HCI成功地開(kāi)發(fā)了一種在現(xiàn)有的供應(yīng)商提供的藍(lán)牙模塊基礎(chǔ)上進(jìn)行指令重新解釋與結(jié)構(gòu)封裝的通用外接模塊。本模塊最終面向基于此通用模塊的擴(kuò)展應(yīng)用，提供了USB接口、UARTRS232接口、耳機(jī)接口、麥克

9、MIC接口、鍵盤(pán)等多種接口，可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)和語(yǔ)音信息的傳輸。該通用外接模塊既可以單獨(dú)構(gòu)成藍(lán)牙應(yīng)用系統(tǒng)使用，也可以與主機(jī)連接使用，使用應(yīng)用者很方便地借助于藍(lán)牙技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用產(chǎn)品的無(wú)線通訊。為了對(duì)此通用外接模塊進(jìn)行功能測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)階段（本文中對(duì)此通用模塊說(shuō)明均是針對(duì)開(kāi)發(fā)階段的），筆者使用了兩臺(tái)PC作為通用外接模塊之上的擴(kuò)展應(yīng)用的主體，2個(gè)通用外接模塊分別作為藍(lán)牙pico中的主、從設(shè)備，藍(lán)牙設(shè)備通過(guò)UART或USB口由PC處接收命令和數(shù)據(jù)