基于Windows CE.NET實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙通訊模塊的幾種方法

[摘 要]： 藍(lán)牙通訊技術(shù)在嵌入式產(chǎn)品中的應(yīng)用具有極為廣闊的前景，微軟公司的Windows CE.NET已經(jīng)成為了主流的嵌入式操作系統(tǒng)之一。論文給出了在 Visual Studio 2005中利用托管碼并分別采用P/Invoke技術(shù)、微軟藍(lán)牙嵌入式工具包、OpenNETCF類庫(kù)和利用本機(jī)碼來開發(fā) Windows CE.NET操作系統(tǒng)下藍(lán)牙通訊模塊的幾種方法，并在其中對(duì)P/Invoke技術(shù)、托管碼開發(fā)、本機(jī)碼開發(fā)等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述。最 后給出了利用托管碼和本機(jī)碼開發(fā)藍(lán)牙通訊模塊這幾種方法的優(yōu)劣比較和分析。其內(nèi)容對(duì)于在Windows mobile平臺(tái)下開發(fā)藍(lán)牙設(shè)備間的通訊具有一定 實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙Windows mobile P/Invoke 托管碼 本機(jī)碼

0 引 言

自1998年，世界九大電子產(chǎn)業(yè)巨頭共同發(fā)起藍(lán)牙特殊利益集團(tuán)SIG后，在短短不到十年之內(nèi)，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到如信息家電、電子商務(wù)、汽車、航空、醫(yī) 療、交通等多個(gè)領(lǐng)域。在移動(dòng)計(jì)算方面，藍(lán)牙技術(shù)采用了一種極為經(jīng)濟(jì)的形式解決了無線通訊“最后10m”的問題，從而替代了各種移動(dòng)信息電子設(shè)備之間的電 纜。因此，藍(lán)牙技術(shù)在移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用將十分廣闊，它的應(yīng)用開發(fā)也就有很大的實(shí)際意義。

微軟公司從1996年起開發(fā)了嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE 1.0開始，憑借著其在PC市場(chǎng)上的成功經(jīng)驗(yàn)和Windows CE類似于PC機(jī)上操作系統(tǒng)的作者簡(jiǎn)介：白 煒(1980-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)。

導(dǎo)師簡(jiǎn)介：白萬民，教授，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

友好熟悉的界面逐漸擴(kuò)大著自己在嵌入式操作系統(tǒng)市場(chǎng)的份額。Windowsmobile平臺(tái)是微軟公司針對(duì)嵌入式環(huán)境下開發(fā)的一套嵌入式操作系統(tǒng)，其主要 是指Windows CE.NET，Windows CE.NET的最新版本為Windows CE 5.0，其中包括3個(gè)版本：以數(shù)據(jù)為中心的掌上電腦 Pocket PC;以語(yǔ)音為中心的智能手機(jī)Smart Phone;以?shī)蕵窞橹行牡谋銛y式媒體中心Portable Media Centers。而在 這3個(gè)版本中都可能涉及到藍(lán)牙應(yīng)用的開發(fā)。

在Windows CE.NET的開發(fā)上，目前采用微軟公司2005年年底推出的Visual Studio 2005是最理想的選擇。用 Visual Studio 2005可以進(jìn)行利用C#，或VB.NET等語(yǔ)言開發(fā)基于.NET Compact Framework 2.0或1.0的 托管碼WinCE程序，也可以利用C++語(yǔ)言來開發(fā)基于MFC，ATL或Win32API的本機(jī)碼WinCE程序。

因?yàn)樵谖④涀钚碌?NET Compact Framework 2.0的類庫(kù)中還未包含針對(duì)藍(lán)牙通訊模塊的類庫(kù)，而且目前關(guān)于在Windows CE中開發(fā)藍(lán)牙通訊模塊應(yīng)用程序的介紹還很少，同時(shí)開發(fā)藍(lán)牙通訊技術(shù)的應(yīng)用需要十分廣泛，所以本文將就此進(jìn)行一些討論。

1 基于托管碼開發(fā)藍(lán)牙通訊模塊

基于托管碼的開發(fā)就是使用一套運(yùn)行時(shí)環(huán)境(run-time environment)的應(yīng)用程序接口來開發(fā)。

一般情況下，托管碼應(yīng)用程序的開發(fā)會(huì)比較簡(jiǎn)單和快速，并且可跨軟件平臺(tái)和處理器來運(yùn)行，所以開發(fā)出的托管碼也能重新使用并有較高的可移植性。

另外，內(nèi)存管理、資源管理、資源收集、安全性管理等瑣碎工作都由運(yùn)行時(shí)環(huán)境來處理。應(yīng)用程序開發(fā)工程師不必費(fèi)心處理。托管應(yīng)用程序在目標(biāo)機(jī)器上運(yùn)行，是通過目標(biāo)機(jī)器端的實(shí)時(shí)編譯器來實(shí)時(shí)把托管碼編譯成目標(biāo)機(jī)器碼后在目標(biāo)機(jī)器上執(zhí)行。

由于在.NET平臺(tái)下，采用CLR(公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí))可以用不同的語(yǔ)言來調(diào)用.NET Compact Framework來開發(fā)相同功能的應(yīng)用程序，所以本文托管碼部分僅采用C#語(yǔ)言為例來介紹藍(lán)牙通訊模塊開發(fā)。

1.1 利用P/Invoke方法編寫藍(lán)牙通訊模塊

藍(lán)牙通訊模塊是一個(gè)涉及到驅(qū)動(dòng)硬件的應(yīng)用程序開發(fā)，而.NET Compact Framework并不是一個(gè)對(duì)Win32API進(jìn)行了完整封裝的類庫(kù)。 所以在基于托管碼開發(fā)藍(lán)牙通訊模塊中必須利用到托管代碼如何與非托管代碼交互技術(shù)。P/Invoke全稱為Platform Invoke，是.NET開 發(fā)平臺(tái)下允許托管代碼調(diào)用DLL庫(kù)的本地代碼函數(shù)的服務(wù)，類似于JA-VA中的GNI的概念。圖1說明了P/Invoke方法的工作原理。首先用相應(yīng)語(yǔ)言 的編譯器將托管的源代碼編譯成Assembly的形式，其中包括元數(shù)據(jù)和中間語(yǔ)言代碼。而此時(shí)P/Invoke的聲明會(huì)以元數(shù)據(jù)的形式存在于 Assembly中，當(dāng)Assembly被CLR調(diào)用的時(shí)候，CLR會(huì)根據(jù)元數(shù)據(jù)的聲明在對(duì)應(yīng)的DLL函數(shù)中查找DLL的實(shí)現(xiàn)。如果找到，就將其加載到內(nèi) 存中，并定位此DLL函數(shù)的人口點(diǎn)。將托管的參數(shù)人棧，并將函數(shù)的人口點(diǎn)指向?qū)?yīng)的native dll，從而完成了托管代碼調(diào)用非托管代碼的DLL。

利用P/Invoke方法編寫藍(lán)牙通訊模塊，DllI-port屬性非常有用。下面的代碼將用例子說明此通用方案，例中托管程序?qū)⒄{(diào)用MessageBox(位于User32.lib中)：

using

using namespace System:: Runtime::InteropSer-vices;

namespace SysWin32

{

[DllImport ( "user32. dll", EntryPoint = "MessageBox", CharSet = Unicode)]

int MessageBox(void * hWnd, wchar_t * lpText,wchar_t * lpCaption, unsigned int uType);

｝

int main()

SysWin32 :: MessageBox(0, L" Hello world ! ", L"Greetings", 0)

｝

注意包含DllImport的代碼行。此代碼行根據(jù)參數(shù)值通知編譯器，使之聲明位于User32.dll中的函數(shù)，并將簽名中出現(xiàn)的所有字符串(如參數(shù)或 返回值)視為Unicode字符串。如果缺少EntryPoint參數(shù)，則默認(rèn)值為函數(shù)名。另外，由于CharSet參數(shù)指定Unicode，因此公共語(yǔ) 言運(yùn)行庫(kù)將首先查找稱為MessageBoxW的函數(shù)。如果運(yùn)行庫(kù)未找到此函數(shù)，它將根據(jù)調(diào)用約定查找MessageBox以及相應(yīng)的修飾名。

當(dāng)調(diào)用用戶定義的DLL中所包含的函數(shù)時(shí)，有必要將extern"C"添加在DLL函數(shù)聲明之前，如下所示：extern"C"SAMPLEDLL_API int fnSam-pleDLL(void);

在調(diào)用非本機(jī)碼時(shí)，需要注意的是要將非結(jié)構(gòu)化參數(shù)由托管封送處理為本機(jī)碼形式?？梢岳肅harSet參數(shù)值的作用，將參數(shù)中字符串(string*類 型)都自動(dòng)轉(zhuǎn)換為wchar_t*。同樣，所有Int32參數(shù)類型轉(zhuǎn)換為非托管int，UInt32參數(shù)類型轉(zhuǎn)換為非托管unsignedint，而 Intl6參數(shù)類型轉(zhuǎn)換為了short int。char*用于[in]參數(shù)的為String*(CharSet=Ansi)，用于[out]參數(shù)或返回 值的為Text：：StringBuilder*。wchar-t*用于[in]參數(shù)為String*(CharSet=Unicode)，用于 [out]參數(shù)或返回值的為Text：：StringBuilder*。需要注意的是函數(shù)指針必須具有_stdcall調(diào)用約定，這是因?yàn)檫@是 DllImport支持的唯一類型。對(duì)于數(shù)組來說數(shù)組(如wchar_t*[ ])，CharSet參數(shù)僅應(yīng)用于函數(shù)參數(shù)的根類型。因此，無論 CharSet的值是什么，String*_ _gc[ ]將被封送處理為wchar_t*[]。除簡(jiǎn)單類型外，運(yùn)行庫(kù)還提供了一種機(jī)制，可以將簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu) 由托管上下文封送處理為非托管上下文。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)不包含任何內(nèi)部數(shù)據(jù)成員指針、結(jié)構(gòu)化類型的成員或其他元素。

在做一個(gè)關(guān)于藍(lán)牙通訊程序前，還需要一些關(guān)于藍(lán)牙的基礎(chǔ)知識(shí)。一個(gè)藍(lán)牙模塊程序需要包含開啟藍(lán)牙，配對(duì)，連接，建立串行通道，然后開啟通訊過程，還需要在 應(yīng)用程序中設(shè)置串行端口。因?yàn)樗{(lán)牙技術(shù)有安全方面的設(shè)置，所以需要對(duì)藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行配對(duì)。藍(lán)牙的工作狀態(tài)總共有3種，分別為開啟、關(guān)閉、可發(fā)現(xiàn)。并且所有的 通訊設(shè)備都必須有一個(gè)對(duì)應(yīng)的DeviceID，藍(lán)牙也不例外，藍(lán)牙的DeviceID是一串以“：”分隔的16進(jìn)制的數(shù)字。有了上述知識(shí)，就可以在托管碼中利用P/Invoke方法開始編寫藍(lán)牙通訊模塊了。

對(duì)應(yīng)的每一步需要調(diào)用的基本函數(shù)如下：

?獲取本地設(shè)備的ID

[DllImport ( "Btdrt. dll", SetLastError = true) ]

public static extern int BthReadLocalAddr (byte[]PBa)

?獲取遠(yuǎn)程設(shè)備的ID

[DllImport( "ws2. dll", EntryPoint = "WSALook-upServiceBegin", SetLastError= true)]

public static extern int CeLookupServiceBegin(byte[ ] pQuerySet, LookupFlags dwFlags, ref intlphLookup)

?監(jiān)聽服務(wù)

[DllImport (" ws2. dll", EntryPoint = "WSASetSer-vice", SetLastError= true)]

public static extern int CeSetService

(byte[ ] pQuerySet, RNRSERVICE_REGISTER,LookupFlags dwFlags)

?連接

[DllImport ( "mscoree", EntryPoint = "@ 339" )]

public static extern int connect (int s, byte []name, int namelen)

?藍(lán)牙的安全設(shè)置

獲取配對(duì)碼請(qǐng)求

[DllImport("Btdrt. dll", SetLastError= true)]

public static extern int BthGetPINRequest(byte[]pba)

設(shè)置配對(duì)碼

[DllImport( "btdrt. dll", SetLastError= true)

public static extern int BthSetPIN(byte[] pba, intcPinLength, byte [] ppin)

創(chuàng)建ACL連接：

[DllImport("Btdrt. dll", SetLastError= true)

public static extern int BthCreateACLConnection (byte[] pbt, ref ushort phandle);

然后是配對(duì)碼驗(yàn)證：

[DllImport("Btdrt. dll", SetLastError= true)]

public static extern int BthAuthenticate (byte []pbt);

然后一定要關(guān)閉連接：

[DllImport("Btdrt. dll", SetLastError= true)]

public static extern int BthCloseConnection(ushorthandle);

?設(shè)置藍(lán)牙無線電狀態(tài)

[DllImport("BthUtil. dll", SetLastError= true)]public static extern int BthSetMode (RadioModedwMode)

在建立好藍(lán)牙設(shè)備的連接后，就可以進(jìn)行兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間的通訊了。由于可以將藍(lán)牙通信當(dāng)作一個(gè)虛擬的串行通信來處理，所以在建立通訊的過程中可以采用類似于串口之間的通訊方式。而關(guān)于串口通訊這方面資料很多，本文就不具體詳述了。[!--empirenews.page--]

1.2 利用微軟藍(lán)牙嵌入式工具包編寫藍(lán)牙通訊模塊

微軟藍(lán)牙嵌入式工具包是微軟公司新推出來基于.NET Compact Framework 2.0的一款專門用來快速開發(fā)藍(lán)牙應(yīng)用程序的工具包，直接 在.NET平臺(tái)下直接調(diào)用其中類庫(kù)，可以快速，簡(jiǎn)單的開發(fā)一般的藍(lán)牙應(yīng)用程序。不過該工具包只能在Windows CE 5.0下使用。利用工具包可以完 成：?jiǎn)?dòng)一個(gè)藍(lán)牙服務(wù)，尋找周邊藍(lán)牙設(shè)備，連接已存在的藍(lán)牙設(shè)備或者服務(wù)。工具包可以在微軟網(wǎng)站下載。

利用此工具做兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間進(jìn)行簡(jiǎn)單文本傳輸?shù)某绦虿糠执a如下：

Server 端:

Guid serviceGuid = new Guid (" { 81553B2B-FFOB-4415-86C9-22B799058B81 ｝ ");

ServerHandle sh = btseore. CreateService (ser-viceGuid);

NetworkStream ns= sh. AceeptConnection()Sting dataToSend= " Hello";

Byte [] dataBuffer = System. Text. ASCIIEncoding. ASCII. GetBytes(dataToSend);

ns. Write(dataBuffer, 0, dataBuffer. Length);

ns. Flush();

ns. Close();

Client 端：

PairedDevices= btsCore. GetPairedDevices();

Foreach (BluetoothDevice device in pairedDevices)

{pairedDevicesListBox. Item. Add (device. deviceName) ;｝

Guid serviceGuid = new Guid (" { 01550D2D-FF0D-4415-86C9-22B799058B81 ｝ ");

If (pairedDevicesListBox. SelectedIndex﹥=0);

{ BluetoothDevice deviceToConnect= ( BluetoothDevice ) pairedDevices [ pairedDevicesListBox. Selected];

NetworkStream ns = btsCore. Connect (deviceTo-Connect, serviceGuid);

byte[ ] buffer=new byte[2000]

ns. Read(buffer, 0,50);

char[ ] bufferAsChars= System. Text. ASCII. GetChars(buffer)

System. String s= System. Text. Encoding. ASCIIGetString(buffer, 0, buffer, length);

Message. Show(s)

ns. Close(); ｝

1.3 利用OpenNETCF編寫藍(lán)牙通訊模塊

OpenNETCF是一個(gè)可以有效提高Windows Mobile開發(fā)效率的第三方開源類庫(kù)。是一幫Windows Mobile愛好者共同編寫的，里 面提供了很多在.NET Compact Framework 2.0中未能包含的類庫(kù)。有兩種方式可以來使用它：一種是可以將其當(dāng)作一個(gè)組件安裝在 Visual Studio2005中;另一種是可以將其原代碼編輯拿來使用。在OpenNETCF開源類庫(kù)中就包括有藍(lán)牙方面的，所以也可以利用 OpenNETCF來編寫藍(lán)牙通訊模塊。在類庫(kù)中，可以利用命名空間 OpenNETCF.IO.Ports下的Blue-toothSerialPort來建立藍(lán)牙連接，利用命名空間 OpenNETCF.IO.Serial中內(nèi)容進(jìn)行藍(lán)牙程序的通訊。

2 基于本機(jī)碼開發(fā)藍(lán)牙通訊模塊

本機(jī)碼應(yīng)用程序是使用一套特定軟件平臺(tái)的應(yīng)用程序開發(fā)接口來開發(fā)，并且被編譯成一個(gè)特定處理器的目的碼或機(jī)器碼。一般情況下，本機(jī)碼提供較高的效能和最小 的資源要求，但是被編譯好的本機(jī)碼或是可執(zhí)行文件卻只能在此軟件平臺(tái)或特定處理器上運(yùn)行。此外，本機(jī)碼應(yīng)用程序常需要應(yīng)用開發(fā)者自行處理類似內(nèi)存管理、資 源管理、安全性管理等。在Visual Studio 2005中已經(jīng)可以利用C++語(yǔ)言來開發(fā)基于MFC，ATL或Win32API的本機(jī)碼WinCE 程序。這就提供了類似于用eMbedded Visual C++來開發(fā)windows mobile設(shè)備的方法。而本文在利用P/Invoke方法編寫 藍(lán)牙通訊模塊時(shí)介紹的就是調(diào)用本機(jī)碼開發(fā)藍(lán)牙應(yīng)用程序，方法類似，所以此處就不再進(jìn)行具體的分析了。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文討論了在Visual Studio 2005里分別利用托管碼和本機(jī)碼來開發(fā)Windows mobile設(shè)備藍(lán)牙通訊模塊的幾種方法。文中介紹的 藍(lán)牙通訊模塊各種開發(fā)方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如果用戶開發(fā)的藍(lán)牙通訊設(shè)備需要較高的效能和最小的資源要求，一定是采用本機(jī)碼的方法來開發(fā)是最好的。因 為采用本機(jī)碼開發(fā)的程序是直接被編譯成機(jī)器碼來執(zhí)行的，從而可以獲得更高的性能。但是采用本機(jī)碼來開發(fā)程序的最大缺點(diǎn)就是開發(fā)難度大，開發(fā)周期長(zhǎng)，所以并 不適用于一般要求的用戶。而在對(duì)效能和資源要求并不是很高的產(chǎn)品中采用文中所述的托管碼中的幾種方法來開發(fā)藍(lán)牙通訊模塊則是更好的選擇，用托管碼開發(fā)的程 序會(huì)比較的簡(jiǎn)單和快速，同時(shí)又由于其并不直接生成最終的機(jī)器代碼，而是生成了中間代碼來執(zhí)行，所以用托管碼開發(fā)的程序可以跨平臺(tái)和處理器來運(yùn)行，但是這是 以犧牲一定的訪問速度為代價(jià)的。在基于托管碼開發(fā)藍(lán)牙通訊設(shè)備中本文共介紹了3種方法，因?yàn)榈?NET FRAMEWORK 2.0的時(shí)候微軟公司都沒有 開發(fā)針對(duì)藍(lán)牙通訊模塊的類庫(kù)，所以利用P/Invoke方法編寫藍(lán)牙通訊模塊是在托管碼下開發(fā)藍(lán)牙通訊模塊比較常見的選擇。而微軟藍(lán)牙嵌入式工具包和 OpenNETCF類庫(kù)編寫藍(lán)牙通訊模塊方法比較類似，其都是類庫(kù)對(duì)底層API的類封裝，所以開發(fā)起來較為簡(jiǎn)單和快速，更適合于一般要求的藍(lán)牙通訊模塊的開發(fā)。

藍(lán)牙設(shè)備在嵌入式環(huán)境下的應(yīng)用有著十分廣闊的前景，目前還有很多工作尚需研究。解決如何在Windows mobile平臺(tái)下開發(fā)更好更高效的藍(lán)牙應(yīng)用程序能夠推動(dòng)藍(lán)牙技術(shù)在嵌入式產(chǎn)品上的更好利用。這一方面的開發(fā)將具有極強(qiáng)的實(shí)用性，將成為以后研究工作的重點(diǎn)。