[摘 要]： 藍牙通訊技術在嵌入式產品中的應用具有極為廣闊的前景，微軟公司的Windows CE.NET已經成為了主流的嵌入式操作系統之一。論文給出了在 Visual Studio 2005中利用托管碼并分別采用P/Invoke技術、微軟藍牙嵌入式工具包、OpenNETCF類庫和利用本機碼來開發(fā) Windows CE.NET操作系統下藍牙通訊模塊的幾種方法，并在其中對P/Invoke技術、托管碼開發(fā)、本機碼開發(fā)等幾個關鍵技術進行了闡述。最 后給出了利用托管碼和本機碼開發(fā)藍牙通訊模塊這幾種方法的優(yōu)劣比較和分析。其內容對于在Windows mobile平臺下開發(fā)藍牙設備間的通訊具有一定 實用價值。
關鍵詞：藍牙Windows mobile P/Invoke 托管碼 本機碼
0 引 言
自1998年，世界九大電子產業(yè)巨頭共同發(fā)起藍牙特殊利益集團SIG后，在短短不到十年之內，藍牙技術已經被應用到如信息家電、電子商務、汽車、航空、醫(yī) 療、交通等多個領域。在移動計算方面，藍牙技術采用了一種極為經濟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信息電子設備之間的電 纜。因此，藍牙技術在移動計算領域的應用將十分廣闊，它的應用開發(fā)也就有很大的實際意義。
微軟公司從1996年起開發(fā)了嵌入式操作系統Windows CE 1.0開始，憑借著其在PC市場上的成功經驗和Windows CE類似于PC機上操作系統的作者簡介：白 煒(1980-)，男，碩士研究生，研究方向為嵌入式系統。
導師簡介：白萬民，教授，研究方向為嵌入式系統、計算機應用。
友好熟悉的界面逐漸擴大著自己在嵌入式操作系統市場的份額。Windowsmobile平臺是微軟公司針對嵌入式環(huán)境下開發(fā)的一套嵌入式操作系統，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個版本：以數據為中心的掌上電腦 Pocket PC;以語音為中心的智能手機Smart Phone;以娛樂為中心的便攜式媒體中心Portable Media Centers。而在 這3個版本中都可能涉及到藍牙應用的開發(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可以進行利用C#，或VB.NET等語言開發(fā)基于.NET Compact Framework 2.0或1.0的 托管碼WinCE程序，也可以利用C++語言來開發(fā)基于MFC，ATL或Win32API的本機碼WinCE程序。
因為在微軟最新的.NET Compact Framework 2.0的類庫中還未包含針對藍牙通訊模塊的類庫，而且目前關于在Windows CE中開發(fā)藍牙通訊模塊應用程序的介紹還很少，同時開發(fā)藍牙通訊技術的應用需要十分廣泛，所以本文將就此進行一些討論。
1 基于托管碼開發(fā)藍牙通訊模塊
基于托管碼的開發(fā)就是使用一套運行時環(huán)境(run-time environment)的應用程序接口來開發(fā)。
一般情況下，托管碼應用程序的開發(fā)會比較簡單和快速，并且可跨軟件平臺和處理器來運行，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，內存管理、資源管理、資源收集、安全性管理等瑣碎工作都由運行時環(huán)境來處理。應用程序開發(fā)工程師不必費心處理。托管應用程序在目標機器上運行，是通過目標機器端的實時編譯器來實時把托管碼編譯成目標機器碼后在目標機器上執(zhí)行。
由于在.NET平臺下，采用CLR(公共語言運行時)可以用不同的語言來調用.NET Compact Framework來開發(fā)相同功能的應用程序，所以本文托管碼部分僅采用C#語言為例來介紹藍牙通訊模塊開發(fā)。
1.1 利用P/Invoke方法編寫藍牙通訊模塊
藍牙通訊模塊是一個涉及到驅動硬件的應用程序開發(fā)，而.NET Compact Framework并不是一個對Win32API進行了完整封裝的類庫。 所以在基于托管碼開發(fā)藍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。P/Invoke全稱為Platform Invoke，是.NET開 發(fā)平臺下允許托管代碼調用DLL庫的本地代碼函數的服務，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。首先用相應語言 的編譯器將托管的源代碼編譯成Assembly的形式，其中包括元數據和中間語言代碼。而此時P/Invoke的聲明會以元數據的形式存在于 Assembly中，當Assembly被CLR調用的時候，CLR會根據元數據的聲明在對應的DLL函數中查找DLL的實現。如果找到，就將其加載到內 存中，并定位此DLL函數的人口點。將托管的參數人棧，并將函數的人口點指向對應的native dll，從而完成了托管代碼調用非托管代碼的DLL。
利用P/Invoke方法編寫藍牙通訊模塊，DllI-port屬性非常有用。下面的代碼將用例子說明此通用方案，例中托管程序將調用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。此代碼行根據參數值通知編譯器，使之聲明位于User32.dll中的函數，并將簽名中出現的所有字符串(如參數或 返回值)視為Unicode字符串。如果缺少EntryPoint參數，則默認值為函數名。另外，由于CharSet參數指定Unicode，因此公共語 言運行庫將首先查找稱為MessageBoxW的函數。如果運行庫未找到此函數，它將根據調用約定查找MessageBox以及相應的修飾名。
當調用用戶定義的DLL中所包含的函數時，有必要將extern"C"添加在DLL函數聲明之前，如下所示：extern"C"SAMPLEDLL_API int fnSam-pleDLL(void);
在調用非本機碼時，需要注意的是要將非結構化參數由托管封送處理為本機碼形式?？梢岳肅harSet參數值的作用，將參數中字符串(string*類 型)都自動轉換為wchar_t*。同樣，所有Int32參數類型轉換為非托管int，UInt32參數類型轉換為非托管unsignedint，而 Intl6參數類型轉換為了short int。char*用于[in]參數的為String*(CharSet=Ansi)，用于[out]參數或返回 值的為Text：：StringBuilder*。wchar-t*用于[in]參數為String*(CharSet=Unicode)，用于 [out]參數或返回值的為Text：：StringBuilder*。需要注意的是函數指針必須具有_stdcall調用約定，這是因為這是 DllImport支持的唯一類型。對于數組來說數組(如wchar_t*[ ])，CharSet參數僅應用于函數參數的根類型。因此，無論 CharSet的值是什么，String*_ _gc[ ]將被封送處理為wchar_t*[]。除簡單類型外，運行庫還提供了一種機制，可以將簡單結構 由托管上下文封送處理為非托管上下文。簡單結構不包含任何內部數據成員指針、結構化類型的成員或其他元素。
在做一個關于藍牙通訊程序前，還需要一些關于藍牙的基礎知識。一個藍牙模塊程序需要包含開啟藍牙，配對，連接，建立串行通道，然后開啟通訊過程，還需要在 應用程序中設置串行端口。因為藍牙技術有安全方面的設置，所以需要對藍牙設備進行配對。藍牙的工作狀態(tài)總共有3種，分別為開啟、關閉、可發(fā)現。并且所有的 通訊設備都必須有一個對應的DeviceID，藍牙也不例外，藍牙的DeviceID是一串以“：”分隔的16進制的數字。有了上述知識，就可以在托管碼中利用P/Invoke方法開始編寫藍牙通訊模塊了。
對應的每一步需要調用的基本函數如下：
?獲取本地設備的ID
[DllImport ( "Btdrt. dll", SetLastError = true) ]
public static extern int BthReadLocalAddr (byte[]PBa)
?獲取遠程設備的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
[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)
?藍牙的安全設置
獲取配對碼請求
[DllImport("Btdrt. dll", SetLastError= true)]
public static extern int BthGetPINRequest(byte[]pba)
設置配對碼
[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);
然后是配對碼驗證：
[DllImport("Btdrt. dll", SetLastError= true)]
public static extern int BthAuthenticate (byte []pbt);
然后一定要關閉連接：
[DllImport("Btdrt. dll", SetLastError= true)]
public static extern int BthCloseConnection(ushorthandle);
?設置藍牙無線電狀態(tài)
[DllImport("BthUtil. dll", SetLastError= true)]public static extern int BthSetMode (RadioModedwMode)
在建立好藍牙設備的連接后，就可以進行兩個藍牙設備之間的通訊了。由于可以將藍牙通信當作一個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。而關于串口通訊這方面資料很多，本文就不具體詳述了。
1.2 利用微軟藍牙嵌入式工具包編寫藍牙通訊模塊
微軟藍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)藍牙應用程序的工具包，直接 在.NET平臺下直接調用其中類庫，可以快速，簡單的開發(fā)一般的藍牙應用程序。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：啟動一個藍牙服務，尋找周邊藍牙設備，連接已存在的藍牙設備或者服務。工具包可以在微軟網站下載。
利用此工具做兩個藍牙設備間進行簡單文本傳輸的程序部分代碼如下：
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編寫藍牙通訊模塊
OpenNETCF是一個可以有效提高Windows Mobile開發(fā)效率的第三方開源類庫。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。有兩種方式可以來使用它：一種是可以將其當作一個組件安裝在 Visual Studio2005中;另一種是可以將其原代碼編輯拿來使用。在OpenNETCF開源類庫中就包括有藍牙方面的，所以也可以利用 OpenNETCF來編寫藍牙通訊模塊。在類庫中，可以利用命名空間 OpenNETCF.IO.Ports下的Blue-toothSerialPort來建立藍牙連接，利用命名空間 OpenNETCF.IO.Serial中內容進行藍牙程序的通訊。
2 基于本機碼開發(fā)藍牙通訊模塊
本機碼應用程序是使用一套特定軟件平臺的應用程序開發(fā)接口來開發(fā)，并且被編譯成一個特定處理器的目的碼或機器碼。一般情況下，本機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碼或是可執(zhí)行文件卻只能在此軟件平臺或特定處理器上運行。此外，本機碼應用程序常需要應用開發(fā)者自行處理類似內存管理、資 源管理、安全性管理等。在Visual Studio 2005中已經可以利用C++語言來開發(fā)基于MFC，ATL或Win32API的本機碼WinCE 程序。這就提供了類似于用eMbedded Visual C++來開發(fā)windows mobile設備的方法。而本文在利用P/Invoke方法編寫 藍牙通訊模塊時介紹的就是調用本機碼開發(fā)藍牙應用程序，方法類似，所以此處就不再進行具體的分析了。
3 結束語
本文討論了在Visual Studio 2005里分別利用托管碼和本機碼來開發(fā)Windows mobile設備藍牙通訊模塊的幾種方法。文中介紹的 藍牙通訊模塊各種開發(fā)方法都有各自的優(yōu)點和缺點，如果用戶開發(fā)的藍牙通訊設備需要較高的效能和最小的資源要求，一定是采用本機碼的方法來開發(fā)是最好的。因 為采用本機碼開發(fā)的程序是直接被編譯成機器碼來執(zhí)行的，從而可以獲得更高的性能。但是采用本機碼來開發(fā)程序的最大缺點就是開發(fā)難度大，開發(fā)周期長，所以并 不適用于一般要求的用戶。而在對效能和資源要求并不是很高的產品中采用文中所述的托管碼中的幾種方法來開發(fā)藍牙通訊模塊則是更好的選擇，用托管碼開發(fā)的程 序會比較的簡單和快速，同時又由于其并不直接生成最終的機器代碼，而是生成了中間代碼來執(zhí)行，所以用托管碼開發(fā)的程序可以跨平臺和處理器來運行，但是這是 以犧牲一定的訪問速度為代價的。在基于托管碼開發(fā)藍牙通訊設備中本文共介紹了3種方法，因為到.NET FRAMEWORK 2.0的時候微軟公司都沒有 開發(fā)針對藍牙通訊模塊的類庫，所以利用P/Invoke方法編寫藍牙通訊模塊是在托管碼下開發(fā)藍牙通訊模塊比較常見的選擇。而微軟藍牙嵌入式工具包和 OpenNETCF類庫編寫藍牙通訊模塊方法比較類似，其都是類庫對底層API的類封裝，所以開發(fā)起來較為簡單和快速，更適合于一般要求的藍牙通訊模塊的開發(fā)。
藍牙設備在嵌入式環(huán)境下的應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平臺下開發(fā)更好更高效的藍牙應用程序能夠推動藍牙技術在嵌入式產品上的更好利用。這一方面的開發(fā)將具有極強的實用性，將成為以后研究工作的重點。
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