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智能传感器的蓝牙协议栈与SoC结构解析

2015/1/13    来源:测控网        
关键字:智能  传感器    
本文通过对蓝牙协议栈结构的讨论,提出一个嵌入式SoC 器件结构。这个嵌入式SoC 器件是一种具有蓝牙通信功能的SoC 器件;SoC 中的CPU 对用户开放,用户可以使用这种结构的SoC 器件实现智能传感器或控制器单元。

  蓝牙技术是一种无线数据与数字通信的开放性规范。它以低成本、近距离无线连接为基础,为固定与移动设备建立了一种完整的通信方式和技术。蓝牙技术的实质是建立通用无线接口及其控制软件的标准,使移动通信与计算机网络之间能实现无缝连接,由此,为不同厂家生产的便携式设备提供了近距离(10m~100m)范围内的互操作通道。

  在工业控制系统和许多应用领域,随着电子技术的发展,目前控制器和传感器已经实现了智能化。在一般的传感器或测试仪表中,大量使用CPU 控制下的数字化技术,因此,许多控制系统或传感器系统已经实现了数字化传输。如果在数字化的控制系统和传感器中嵌入蓝牙技术,则可以实现系统数据和控制命令的无线传输,这对于许多应用领域都是十分重要的。

  本文通过对蓝牙协议栈结构的讨论,提出一个嵌入式SoC 器件结构。这个嵌入式SoC 器件是一种具有蓝牙通信功能的SoC 器件;SoC 中的CPU 对用户开放,用户可以使用这种结构的SoC 器件实现智能传感器或控制器单元。

1 蓝牙协议栈

  蓝牙技术规范1.0 版本作了如下规定。

  蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(Industrial ,Scientific and Medical)免付费、免申请的无线电频段。

  采用快速确认和跳频技术,以确保链路的稳定。

  采用二进制调频(FM)技术的跳频收发器,抑制干扰和防止衰落。

  采用前向纠错(FEC)技术,抑制长距离链路的随机噪声。

  数据传输速率为1Mb/s 。

  采用时分双工传输,其基带协议是电路交换和分组交换的结合。

  一个跳频频率发送一个同步分组,每个分组占用一个时隙,也可扩展到5 个时隙。

  支持一个异步数据通道,或3 个并发的同步语音通道,或一个同时传送异步数据和同步语音的通道。每一个语音通道支持64Kbps 的同步话音。异步通道支持最大速率为721Kbps 、反向应答速率为57.6Kbps 的非对称连接,或者是432.6bps 的对称连接。

  目前,工作在2.4GHz 频段上的无线局域网技术中,除了蓝牙技术外,还有IEEE802.11、HomeRF 和红外技术。总的来说,IEEE802.11 比较适合于办公室无线网络,HomeRF 适用于家庭中的移动数据、语音设备等与主机之间的通信,而蓝牙技术则可以应用于任何允许无线方式替代线缆的场合。

  在实际应用中,蓝牙技术的应用一般采用嵌入式技术。在应用系统中嵌入蓝牙协议栈,可为系统提供一个透明的无线网络通信层。

  蓝牙技术协议栈的设计只有符合蓝牙技术规范的要求,才能实现不同厂家产品的无缝对接。蓝牙技术规范(specification)包括协议(protocol)和应用规范(profile)两个部分。完整的蓝牙协议栈如图1 所示。

完整的蓝牙协议栈

  协议规范中定义了各功能元素的工作方式,提供了蓝牙技术实现中功能元素间的横向体系结构。应用规范则介绍了实现特定应用模型,描述了各层协议间的协同机制,从而提供了技术实现的纵向体系结构。蓝牙协议包括核心协议层、替代电缆协议层、电话控制协议层和选用协议层。

  核心协议。核心协议包括基带协议、链路管理协议(LMP)、逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)、服务发现协议(SDP)。

  替代电缆协议。替代电缆协议包括串行电路仿真协议( RFCOMM ) ,用于实现数据的转换。

  电话替代协议。本协议包括二元电话控制规范(TCS Binary)与AT- 命令(AT-command)。用于提供音频通信的处理规范和相应的控制命令。

  选用协议。选用协议与用户的应用有关,包括点到点协议(PPP)、用户数据报/ 传输控制协议/ 互联网协议(UDP 和TCP/IP)、目标交换协议(OBEX)、无线应用协议(WAP)、无线应用环境(WAE)、vCard 、vCal 、红外移动通信(IrMC)。选用协议层的具体内容由应用系统根据需要选择。

  除了以上协议层外,蓝牙协议栈中还应包括二个接口:一个是主机控制接口(HCI),用来为基带控制器、链路控制器以及访问硬件状态和控制寄存器等提供了命令接口;另一个是与基带处理部分直接相连的音频接口,用以传递音频数据。

  在蓝牙协议栈中,HCI 以上部分通常用软件实现,包括逻辑链路控制和适配协议L2CAP 、串行仿真RFCOMM 、链路管理协议(LMP)、电话替代协议和选用协议;而HCI 以下部分则用硬件实现,包括基带协议和链路管理协议(LMP) ,这部分也叫作蓝牙协议体系结构中的底层硬件模块。

责任编辑:陈浩
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