信息家電中藍(lán)牙通信的實(shí)現(xiàn)

標(biāo)簽：HCI  藍(lán)牙協(xié)議

信息家電是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，而信息家電中又以數(shù)據(jù)傳輸方式的性價(jià)比為重點(diǎn)。藍(lán)牙可以作為一種有效的通信手段，實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)與信息家電間的控制信息等其他適中數(shù)據(jù)量的傳輸。本文首先介紹藍(lán)牙的HCI和藍(lán)牙協(xié)議L2CAP、BNEP，然后介紹如何在Linux2.4.18下實(shí)現(xiàn)USB藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)，最后介紹如何實(shí)現(xiàn)在藍(lán)牙個(gè)人局域網(wǎng)中進(jìn)行無(wú)線通信。

1 信息家電的基本框圖

信息家電的基本結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示，家庭主網(wǎng)關(guān)是負(fù)責(zé)各種家電與外部環(huán)境進(jìn)行“交流”的橋梁，其中與外部環(huán)境進(jìn)行通信的方式包括Ethernet、PSTN固話網(wǎng)等等。而就家庭內(nèi)部而言，對(duì)于如：空調(diào)、電視等普通信息家電，由于家庭網(wǎng)關(guān)與其通信的數(shù)據(jù)量并不大，因此完全可以采取藍(lán)牙無(wú)線方式進(jìn)行通信，從而達(dá)到控制家電工作的目的。

圖1

2藍(lán)牙的HCI和L2CAP、BNEP協(xié)議

藍(lán)牙協(xié)議體系大致分為三層，即底層硬件模塊層、中間協(xié)議層、高端應(yīng)用層，每一層還

包含一些具體的協(xié)議。

2.1藍(lán)牙的HCI

藍(lán)牙的主機(jī)控制接口(HCI)是藍(lán)牙主機(jī)--主控制器應(yīng)用模式中藍(lán)牙模塊和主機(jī)間的軟硬件接口，它位于藍(lán)牙協(xié)議棧的底層硬件模塊層與中間協(xié)議層之間，負(fù)責(zé)完成這二層的數(shù)據(jù)通信[1]。目前，藍(lán)牙HCI傳輸層的物理接口有USB、UART等，藍(lán)牙設(shè)備可以采用這些物理接口來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。本文將介紹用USB口作為傳輸層實(shí)現(xiàn)通信。

2.2藍(lán)牙的L2CAP協(xié)議

藍(lán)牙的邏輯鏈路控制與適配協(xié)議(L2CAP)是整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議的核心，它位于中間協(xié)議層，它將下層的數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)換為便于高層應(yīng)用的數(shù)據(jù)分組格式，并提供協(xié)議復(fù)用等功能。它向上層協(xié)議提供了面向連接和無(wú)連接的服務(wù)，L2CAP層只支持ACL(異步無(wú)連接)數(shù)據(jù)的傳輸，而不支持SCO(同步面向連接)數(shù)據(jù)的傳輸[1]。

2.3 藍(lán)牙的BNEP協(xié)議

藍(lán)牙SIG制定的網(wǎng)絡(luò)封裝協(xié)議(BNEP,Bluetooth Network Encapsulation Protocol),可對(duì)上層IP協(xié)議提供類似于以太網(wǎng)的接口，對(duì)IEEE802. 3/Ethernet封裝支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，均予以支持 [2]。BNEP通過面向連接的L2CAP來(lái)實(shí)現(xiàn)的，L2CAP可以看作是藍(lán)牙介質(zhì)訪問控制(MAC)層。BNEP在整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議棧中起著一個(gè)橋梁的作用，它將IP包轉(zhuǎn)換成L2CAP包通過藍(lán)牙傳輸。BNEP協(xié)議主要應(yīng)用在藍(lán)牙個(gè)人區(qū)域網(wǎng)中。

3 USB藍(lán)牙模塊驅(qū)動(dòng)

1、由于采用的內(nèi)核是Linux2.4.18，其中并沒有包括對(duì)藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)的支持，因此必須對(duì)其打補(bǔ)丁。解壓Linux2.4.18內(nèi)核，把藍(lán)牙補(bǔ)丁包patch-2.4.18-mh15.gz放在解壓內(nèi)核目錄下，執(zhí)行命令patch –p1 < patch-2.4.18-mh15.gz[3]。

2、Linux Bluetooth協(xié)議棧中的BNEP(Bluetooth 網(wǎng)絡(luò)封裝協(xié)議)實(shí)現(xiàn)了Bluetooth上的以太網(wǎng)仿真，這使TCP/IP可以直接運(yùn)行于Bluetooth之上。由于實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)就是通過藍(lán)牙HCI的USB實(shí)現(xiàn)基于BNEP的以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，因此在內(nèi)核配置時(shí)必須加上對(duì)BNEP的支持。

3、進(jìn)入Bluetooth subsystem support選項(xiàng)中，選擇L2CAP protocol support、BNEP protocol support(Malticast filter support和Protocol filter support)這幾項(xiàng)，這幾項(xiàng)的作用就是使內(nèi)核支持藍(lán)牙協(xié)議中的L2CAP和BNEP協(xié)議。然后進(jìn)入Bluetooth device drivers，選擇HCI USB driver。至此，就完成了內(nèi)核對(duì)于USB藍(lán)牙的支持。

4、下載bluez-libs-2.17.tar.gz藍(lán)牙庫(kù)和bluez-utils-2.17.tar.gz工具包，運(yùn)行tar zxvf命令解壓縮，然后運(yùn)行make和make install命令，這樣就能得到我們需要的libbluetooth.so、libbluetooth.so.1、libbluetooth.so.1.17這3個(gè)庫(kù)文件和hcid、hcitool、pand、hciconfig、sdpd、sdpdtool這6個(gè)進(jìn)程文件。

4家庭網(wǎng)關(guān)中藍(lán)牙無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn)

整個(gè)通信過程的介紹：

1、USB藍(lán)牙的傳輸驅(qū)動(dòng)程序(drivers/bluetooth/hci_usb.c)將信息注冊(cè)到Linux USB核心。當(dāng)USB藍(lán)牙插入時(shí)，主機(jī)控制器設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序會(huì)枚舉它并給它分配地址，同時(shí)讀取設(shè)備描述符中所包含的設(shè)備信息。如果枚舉期間讀取的設(shè)備描述符與hci_usb驅(qū)動(dòng)程序注冊(cè)到Linux USB核心的信息相匹配，那么這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序就能添加進(jìn)USB設(shè)備。

2、運(yùn)行hcid(HCI后臺(tái)進(jìn)程)、sdpd(服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議后臺(tái)進(jìn)程)、hciconfig(檢查HCI接口并開啟藍(lán)牙設(shè)備)、hcitool(掃描藍(lán)牙設(shè)備的地址)這四個(gè)CRAMFS文件系統(tǒng)sbin目錄下的進(jìn)程文件，這幾個(gè)文件的執(zhí)行依賴于libbluetooth.so、libbluetooth.so.1、libbluetooth.so.1.17這三個(gè)藍(lán)牙庫(kù)文件。在S3C2410一側(cè)的藍(lán)牙設(shè)備能夠被發(fā)現(xiàn)并被成功分配唯一地址的基礎(chǔ)之上運(yùn)行pand --listen --role NAP，這樣將允許通過藍(lán)牙連接以太網(wǎng)。如圖2所示。

圖2

3、PC機(jī)上插入U(xiǎn)SB藍(lán)牙，運(yùn)行windows下藍(lán)牙的驅(qū)動(dòng)軟件BlueSoleil，掃描并發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備之后，建立個(gè)人局域網(wǎng)。

4、在個(gè)人局域網(wǎng)建立的基礎(chǔ)之上，BNEP就可以將自己作為以太網(wǎng)設(shè)備注冊(cè)到Linux網(wǎng)絡(luò)層?？梢酝ㄟ^命令ifconfig bnep0來(lái)改變藍(lán)牙接口IP地址。BNEP模塊和用戶模式pand后臺(tái)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)了Bluetooth個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(PAN)。將二個(gè)USB藍(lán)牙的IP地址修改為同一個(gè)網(wǎng)段后，就可以使用ping PC機(jī)的USB藍(lán)牙IP地址命令來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬家庭網(wǎng)關(guān)和內(nèi)部設(shè)備間的無(wú)線通信，如圖3超級(jí)終端打印信息所示。

圖3

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由圖2和圖3可以看到在運(yùn)行了包含hcid、sdpd、hciconfig、hcitool四個(gè)進(jìn)程的文件bluetooth后，可看到S3C2410一側(cè)的USB藍(lán)牙的地址為00:0D:18:01:23:88，而后用ifconfig bnep0 192.168.0.2修改了它的局域網(wǎng)地址，最后用ping 192.168.0.18(PC機(jī)上的藍(lán)牙地址)即可實(shí)現(xiàn)雙方的數(shù)據(jù)收發(fā)。