BlueCore2型模塊及其HCI傳輸驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)
藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)。遵循開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(OSI／RM)，采用分層的協(xié)議棧。主機(jī)控制接口(HCI)位于藍(lán)牙協(xié)議棧的L2CAP(邏輯鏈路控制與適配協(xié)議)層和LMP(鏈路管理協(xié)議)層之間，是藍(lán)牙協(xié)議棧中軟件與硬件的接口。它為上層軟件調(diào)用下層(基帶和鏈路管理層)狀態(tài)寄存器和控制寄存器等硬件提供了統(tǒng)一的指令接口。藍(lán)牙設(shè)備高層軟件和底層硬件模塊接口之間的消息和數(shù)據(jù)傳遞必須通過(guò)藍(lán)牙主機(jī)控制器接口的解釋才能進(jìn)行。HCI以上的協(xié)議軟件實(shí)體運(yùn)行在主機(jī)上，而HCI以下的功能由藍(lán)牙模塊來(lái)完成，二者之間通過(guò)傳輸層進(jìn)行交互傳輸數(shù)據(jù)。
2 BlueCore2-external的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)
BlueCore2-external[1]是英國(guó)CSR公司推出的基于藍(lán)牙技術(shù)的收發(fā)電路。工作在2.4GHz的ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段，主要應(yīng)用于PC、無(wú)線手機(jī)、PDA、鼠標(biāo)、鍵盤、數(shù)碼相機(jī)等。其主要特點(diǎn)如下：
工作電壓為1.8V；
完全和別的藍(lán)牙器件匹配；
采用0.18μm CMOS工藝；
支持8Mb的外圍FLASH；
外圍元器件較少。
該電路集成了藍(lán)牙協(xié)議棧的射頻和基帶部分，具有SPI、UART、USB、PIO、PCM接口。其中，SPI、UART、USB接口主要用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)；PIO接口為可編程接口；PCM接口用來(lái)傳輸語(yǔ)音。在BlueCore2-External中UART接口的最大傳輸速率為1.5Mb／s，能夠達(dá)到藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的723.2kb／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的硬件組成如圖2所示。串口收發(fā)器采用常用的MAX232ACPE，完成BlueCore2與9針串口之間的電平轉(zhuǎn)換。串口和主機(jī)相連，主機(jī)可以是PC、ARM或單片機(jī)。這里為PC上的串口。藍(lán)牙模塊為主機(jī)控制器。這樣，藍(lán)牙主機(jī)可以和藍(lán)牙主機(jī)控制器之間實(shí)現(xiàn)通信。
4 HCI接口分析
HCI通過(guò)分組的方式傳輸數(shù)據(jù)(Data)、命令(Command)和事件(Event)[2]，所有主機(jī)和主機(jī)控制器之間的通信都以分組的形式進(jìn)行。在HCI分組中。數(shù)據(jù)分組是雙向的，命令分組只能從主機(jī)發(fā)往主機(jī)控制器，事件分組只能從主機(jī)控制器發(fā)向主機(jī)。主機(jī)發(fā)出的大多數(shù)命令分組都會(huì)由主機(jī)控制器產(chǎn)生相應(yīng)的事件分組作為響應(yīng)。
藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)定義了3種類型的HCI傳輸層[3]：USB、RS232及UART。筆者提出了存在于HCI和UART之間的層-HCI傳輸驅(qū)動(dòng)層，它的上層為HCI層，下層為UART驅(qū)動(dòng)層，實(shí)現(xiàn)HCI和UART
之間的數(shù)據(jù)傳輸。
藍(lán)牙HCI接口、藍(lán)牙主機(jī)及藍(lán)牙主機(jī)控制器之間的協(xié)議棧層次[3]如圖3所示。藍(lán)牙主機(jī)控制器即BlueCore2模塊集成了藍(lán)牙協(xié)議棧的射頻、基帶和鏈路管理部分。藍(lán)牙模塊通過(guò)UART硬件連接到藍(lán)牙主機(jī)。在藍(lán)牙主機(jī)中運(yùn)行藍(lán)牙UART驅(qū)動(dòng)程序、HCI傳輸驅(qū)動(dòng)程序、HCI的API函數(shù)及上層協(xié)議棧。
5 程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[4]
在發(fā)送數(shù)據(jù)階段，HCI傳輸驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)把由上層傳輸過(guò)來(lái)的HCI數(shù)據(jù)包傳給UART驅(qū)動(dòng)層，然后通過(guò)UART驅(qū)動(dòng)層把數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿{(lán)牙主機(jī)控制器。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，HCI傳輸驅(qū)動(dòng)層的作用正好相反。
在驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)中，把傳輸狀態(tài)分為空閑態(tài)、傳輸類型態(tài)、傳輸頭態(tài)和傳輸數(shù)據(jù)態(tài)。HCI數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)根據(jù)傳輸狀態(tài)來(lái)判斷在哪一狀態(tài)。發(fā)送的數(shù)據(jù)包由類型字段、頭字段和數(shù)據(jù)構(gòu)成。在發(fā)送數(shù)據(jù)階段，數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋妥侄螛?biāo)志傳輸?shù)氖敲睢CL數(shù)據(jù)還是SCO數(shù)據(jù)，然后根據(jù)發(fā)送的類型來(lái)確定發(fā)送頭字段的長(zhǎng)度，最后再發(fā)送數(shù)據(jù)。在接收數(shù)據(jù)階段，數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋妥侄螛?biāo)志傳輸?shù)氖鞘录?、ACL數(shù)據(jù)還是SCO數(shù)據(jù)。不同的是在接收數(shù)據(jù)階段需要緩沖來(lái)接收數(shù)據(jù)。HCI傳輸驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：
在發(fā)送流程中，先對(duì)發(fā)送的狀態(tài)、看門狗、UART等初始化。使其處在待發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。具體的發(fā)送流程如圖4所示。
接收流程和發(fā)送流程類似，所不同的是需要緩沖來(lái)接收，在此不再贅述。
本文主要解決了存在于藍(lán)牙UART和HCI層之間的HCI傳輸驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，給出了硬件設(shè)計(jì)方案、協(xié)議?？蚣軋D和程序流程，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙模塊和藍(lán)牙主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，在無(wú)線傳輸中有較好的應(yīng)用價(jià)值。
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