基于hci協(xié)議層的藍牙通用外接模塊的研究開發(fā)

1、基于HCI協(xié)議層的藍牙通用外接模塊的研究開發(fā)摘要：藍牙是一種短距離無線通信技術(shù)。本文從藍牙協(xié)議棧中的HCI層入手，對該層的主要功能和工作機制進行了剖析，進而闡述了基于HCI層的藍牙應(yīng)用開發(fā)方案，并設(shè)計了一個基于藍牙技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品實例——藍牙通用外接模塊，最后，還對基于此模塊的擴展應(yīng)用——無線裁判打分系統(tǒng)進行了說明。關(guān)鍵詞:HCI；藍牙技術(shù)；無線通信1引言藍牙（Bluetooth），是一種短距離無線通信技術(shù)，用于替代數(shù)字設(shè)備牙設(shè)備運行在和

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

3、同時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piconet可以相互重疊。形成散射網(wǎng)(scatternet)。SIG所頒布的藍牙規(guī)范就是藍牙無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了藍牙應(yīng)用應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)和需要達到的要求，包括核心協(xié)議（Ce）與應(yīng)用框架（Profiles）兩部分。協(xié)議規(guī)范部分定義了藍牙的各層通信協(xié)議，遵循開放系統(tǒng)互連3藍牙應(yīng)用開發(fā)方案在圖1中所提到的主機是一個廣義的概念，可以是以MPU為核心的計算機、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)用開發(fā)，而以MPU為核心的計算機則適合于人機接口的軟件開發(fā)。藍牙協(xié)議為建立于藍牙技術(shù)之上的多種應(yīng)用提供了完整的解決辦法，但對于不同應(yīng)用一般只用到藍牙協(xié)議中的某幾個，而且對于每部分協(xié)議也不用它所提供的全部功能。進而，在藍牙應(yīng)用開發(fā)中可以從不同的協(xié)議層入手。在開發(fā)藍牙系統(tǒng)時，一般采用兩種方式進行開發(fā)，一種是采用只提供無線接口的簡單模塊，從藍牙子系統(tǒng)做起，再針對應(yīng)用自行開

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

6、(精簡指令集計算機)處理器，實現(xiàn)鏈路控制和HCI功能，而第1類的RISC則不具有HCI功能。在實際應(yīng)用中，要根據(jù)實際情況而選擇不同類型的模塊。如果選用集成了鏈路控制與HCI驅(qū)動功能的藍牙模塊，那么就可以在一個比較完整的平臺上進行開發(fā)。如果主機具有USB或UART接口，在藍牙模塊與主機信號電平兼容的情況下，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接口集成在主機的核心芯片上，所以可以實現(xiàn)藍牙模塊與主機的無縫接口。這種

7、模型下的藍牙技術(shù)應(yīng)用開發(fā)，主要工作集中在藍牙主機端軟件的實現(xiàn)上，包括HCI驅(qū)動程序與傳輸層驅(qū)動程序。正是由于這種藍牙模塊實現(xiàn)了嵌入式HCI協(xié)議，所以應(yīng)用開發(fā)可以直接從HCI層開始，避免了基帶與射頻的硬件實現(xiàn)，是一種全軟件式的開發(fā)模式，開發(fā)成果具有很好的可移植性。本文中正是采用了這一開發(fā)方案進行的藍牙通用外接模塊的開發(fā)。通過封裝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)用開發(fā)（在本文指的是藍牙通用模塊）提供一個完整的平臺。制功

8、能的藍牙模塊，由于它不提供HCI傳輸層接口和嵌入式HCI驅(qū)動程序。此時，嵌入式HCI驅(qū)動程序的功能將轉(zhuǎn)嫁給主機來實現(xiàn)。這樣，與前一種開發(fā)模式相比，主機的HCI層驅(qū)動程序?qū)⒆兊檬謴?fù)雜，開發(fā)周期也將是比較長的。４藍牙通用外接模塊設(shè)計開發(fā)實例筆者基于HCI成功地開發(fā)了一種在現(xiàn)有的供應(yīng)商提供的藍牙模塊基礎(chǔ)上進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展應(yīng)用，提供了USB接口、UARTRS232接口、耳機接口、麥克

9、MIC接口、鍵盤等多種接口，可同時進行數(shù)據(jù)和語音信息的傳輸。該通用外接模塊既可以單獨構(gòu)成藍牙應(yīng)用系統(tǒng)使用，也可以與主機連接使用，使用應(yīng)用者很方便地借助于藍牙技術(shù)來實現(xiàn)應(yīng)用產(chǎn)品的無線通訊。為了對此通用外接模塊進行功能測試，在實驗開發(fā)階段（本文中對此通用模塊說明均是針對開發(fā)階段的），筆者使用了兩臺PC作為通用外接模塊之上的擴展應(yīng)用的主體，2個通用外接模塊分別作為藍牙pico中的主、從設(shè)備，藍牙設(shè)備通過UART或USB口由PC處接收命令和數(shù)據(jù)