BlueCore2型模塊及其HCI傳輸驅(qū)動的實現(xiàn)

1 引言 

       藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無線通信技術(shù)。遵循開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(OSI／RM)，采用分層的協(xié)議棧。主機控制接口(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)傳遞必須通過藍(lán)牙主機控制器接口的解釋才能進行。HCI以上的協(xié)議軟件實體運行在主機上，而HCI以下的功能由藍(lán)牙模塊來完成，二者之間通過傳輸層進行交互傳輸數(shù)據(jù)。

2 BlueCore2-external的特點及結(jié)構(gòu)

       BlueCore2-external[1]是英國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、無線手機、PDA、鼠標(biāo)、鍵盤、數(shù)碼相機等。其主要特點如下：

       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接口主要用來傳輸數(shù)據(jù)；PIO接口為可編程接口；PCM接口用來傳輸語音。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

       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。串口和主機相連，主機可以是PC、ARM或單片機。這里為PC上的串口。藍(lán)牙模塊為主機控制器。這樣，藍(lán)牙主機可以和藍(lán)牙主機控制器之間實現(xiàn)通信。

                 

4 HCI接口分析

       HCI通過分組的方式傳輸數(shù)據(jù)(Data)、命令(Command)和事件(Event)[2]，所有主機和主機控制器之間的通信都以分組的形式進行。在HCI分組中。數(shù)據(jù)分組是雙向的，命令分組只能從主機發(fā)往主機控制器，事件分組只能從主機控制器發(fā)向主機。主機發(fā)出的大多數(shù)命令分組都會由主機控制器產(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)動層，它的上層為HCI層，下層為UART驅(qū)動層，實現(xiàn)HCI和UART
之間的數(shù)據(jù)傳輸。

       藍(lán)牙HCI接口、藍(lán)牙主機及藍(lán)牙主機控制器之間的協(xié)議棧層次[3]如圖3所示。藍(lán)牙主機控制器即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UART硬件連接到藍(lán)牙主機。在藍(lán)牙主機中運行藍(lán)牙UART驅(qū)動程序、HCI傳輸驅(qū)動程序、HCI的API函數(shù)及上層協(xié)議棧。

5 程序設(shè)計與實現(xiàn)[4]

       在發(fā)送數(shù)據(jù)階段，HCI傳輸驅(qū)動層負(fù)責(zé)把由上層傳輸過來的HCI數(shù)據(jù)包傳給UART驅(qū)動層，然后通過UART驅(qū)動層把數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿{(lán)牙主機控制器。在接收數(shù)據(jù)時，HCI傳輸驅(qū)動層的作用正好相反。

       在驅(qū)動程序的設(shè)計中，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)送時根據(jù)傳輸狀態(tài)來判斷在哪一狀態(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)送的類型來確定發(fā)送頭字段的長度，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)階段需要緩沖來接收數(shù)據(jù)。HCI傳輸驅(qū)動程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

       
 

       在發(fā)送流程中，先對發(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)動問題，給出了硬件設(shè)計方案、協(xié)議棧框架圖和程序流程，實現(xiàn)了藍(lán)牙模塊和藍(lán)牙主機之間的數(shù)據(jù)傳輸，在無線傳輸中有較好的應(yīng)用價值。