藍(lán)牙技術(shù)硬件實現(xiàn)模式解析總結(jié)計劃

藍(lán)牙技術(shù)硬件實現(xiàn)模式分析綱領(lǐng)：介紹了藍(lán)牙技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)造及特色，并聯(lián)合TransiliCA企業(yè)生產(chǎn)的OnechIP藍(lán)牙產(chǎn)品TR0700單芯片，分析了硬件實現(xiàn)模式。重點詞：藍(lán)牙技術(shù)硬件實現(xiàn)鏈路管理與控制跳頻藍(lán)牙技術(shù)是一項新興的技術(shù)。它的主要目的是在全球成立一個短距離的無線通訊標(biāo)準(zhǔn)。它使用2.4GHz～2.5GHz的ISM（IndustrionScientifcMedical）頻段來傳達(dá)話音和數(shù)據(jù)。運用成熟、適用、先進(jìn)的無線技術(shù)來代替電纜，它供給了低成本、低功耗的無線接口，使所有固定和挪動設(shè)施經(jīng)過輕輕網(wǎng)PAN（PersonalAreaNetwork）連結(jié)起來，諸如：計算機(jī)系統(tǒng)、家庭影院系統(tǒng)、無繩電話系統(tǒng)、通訊設(shè)施等，互相通訊，實現(xiàn)資源共享。藍(lán)牙技術(shù)支持多種電子設(shè)施之間的短距離無線通訊，這類通訊不需要任何線纜，亦不需要用戶直接手工干預(yù)；每當(dāng)一個嵌入了藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)施覺察另一起樣嵌入藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)施，它們就能自動同步，互相通訊，實現(xiàn)資源共享。藍(lán)牙的構(gòu)造系統(tǒng)藍(lán)牙協(xié)議棧的系統(tǒng)構(gòu)造如圖1所示。它是由基層硬件模塊，中間層和高端應(yīng)用層三大部分構(gòu)成。1.1藍(lán)牙的基層模塊基層模塊是藍(lán)牙技術(shù)的核心模塊，全部嵌入藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)施都必然包含基層模塊。它主要由鏈路管理層LMP（LinkManagerProtocol）、基帶層BB（BaseBand）和射頻RF（RodioFraquency）構(gòu)成。其功能是：無線連結(jié)層（RF）經(jīng)過2.4GHz無需申請的ISM頻段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸；它主要定義了工作在此頻段的藍(lán)牙接收機(jī)應(yīng)知足的需求；其帶層（BB）供給了兩種不一樣樣的物理鏈路（同步面向連結(jié)路SCOSynchronousConnectionOriented和異步無連結(jié)鏈路ACLAsynchronousConnectionLess），負(fù)責(zé)跳頻和藍(lán)牙數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸，且對全部種類的數(shù)據(jù)包供給了不一樣樣層次的前向糾錯碼FEC（FrequencyErrorCorrection）或循環(huán)沉余度差錯校驗CTC（CyclicRedundancyCheck）；LMP層負(fù)責(zé)兩個或多個設(shè)施鏈路的成立和拆掉及鏈路的安全和控制，如鑒權(quán)和加密、控制和磋商基帶包的大小等，它為上層軟件模塊供給了不一樣樣的接見進(jìn)口；藍(lán)牙主機(jī)控制器接口HCI（HostCntrollerInterface）由基帶控制器、連結(jié)收理器、控制和事件寄存器等構(gòu)成。它是藍(lán)牙協(xié)議中軟硬件之間的接口，供給了一個調(diào)用基層BB、LM、狀態(tài)和控制寄存器等硬件的一致命令，上、下兩個模塊接口之間的信息和數(shù)據(jù)的傳達(dá)必然經(jīng)過HCI的解說才能進(jìn)行。HCI層以上的協(xié)議軟件實體運轉(zhuǎn)在主機(jī)上，而HCI以下的功能由藍(lán)牙設(shè)施來達(dá)成，兩者之間經(jīng)過傳輸層進(jìn)行交互。1.2中間協(xié)議層中間協(xié)議層由邏輯鏈路控制與適配協(xié)議L2CAP（LogicalLinkControlandAdaptationProtocol）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議SDP（ServiceDiscoveryProtocol）、串口仿真協(xié)議或稱線纜代替協(xié)議（RFCOM）和二進(jìn)制電話控制協(xié)議TCS（TelephonyControlprotocolSpectocol）構(gòu)成。L2CAP是藍(lán)牙協(xié)議棧的核心構(gòu)成部分，也是其余協(xié)議實現(xiàn)的基礎(chǔ)。它位于基帶之上，向上層供給面向連結(jié)和無連結(jié)的數(shù)據(jù)服務(wù)。它主要達(dá)成數(shù)據(jù)的拆裝、服務(wù)質(zhì)量控制、協(xié)議的復(fù)用、分組的切割和重組（SegmentationAndReassembly）及組提取等功能。L2CAP贊成高達(dá)64KB的數(shù)據(jù)分組。SDP是一個鑒于客戶/服務(wù)器構(gòu)造的協(xié)議。它工作在L2CAP層之上，為上層應(yīng)用程序供給一種系統(tǒng)來發(fā)現(xiàn)可用的服務(wù)及其屬性，而服務(wù)屬性包含服務(wù)的種類及該服務(wù)所需的機(jī)制或協(xié)議信息。RFCOMM是一個仿真有線鏈路的無線數(shù)據(jù)仿真協(xié)議，符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)的TS07.10串口仿真協(xié)議。它在藍(lán)牙基帶上仿真RS-232的控制和數(shù)據(jù)信號，為原來使用串行連接的上層業(yè)務(wù)供給傳達(dá)能力。TCS是一個鑒于ITU-TQ.931建議的采納面向比特的協(xié)議，它定義了用于藍(lán)牙設(shè)施之間成立語音和數(shù)據(jù)呼喊的控制信令（CallControlSignalling），并負(fù)責(zé)辦理藍(lán)廾設(shè)施組的挪動管理過程。1.3高端應(yīng)用層高端應(yīng)用層位于藍(lán)牙協(xié)議棧的最上部分。一個圓滿的藍(lán)牙協(xié)議棧按其功能又可區(qū)分為四層：核心協(xié)議層（BB、LMP、LCAP、SDP）、線纜代替協(xié)議層（RFCOMM）、電話控制協(xié)議層（TCS-BIN）、采納協(xié)議層（PPP、TCP、TP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE）。而高端應(yīng)用層是由采納協(xié)議層構(gòu)成。采納協(xié)議層中的PPP（Point-to-PointProtocol）是點到點協(xié)議，由封裝、鏈路控制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議構(gòu)成，定義了串行點到點鏈路應(yīng)該怎樣傳輸因特網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)，它要用于LAN接入、撥號網(wǎng)絡(luò)及傳真等應(yīng)用規(guī)范；TCP/IP（傳輸控制協(xié)/網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議）、UDP（UserDatagramProtocol對象互換協(xié)議）是三種已有的協(xié)議，它定義了因特網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的通訊及其余種類計算機(jī)設(shè)施和外面設(shè)施之間的通訊。藍(lán)牙采納或共享這些已有的協(xié)議去實現(xiàn)與連結(jié)因特網(wǎng)的設(shè)施通訊，這樣，既可提升效率，又可在必然程度上保證藍(lán)牙技術(shù)和其余通訊技術(shù)的互操作性；OBEX（ObjectExchangeProtocol）是對象互換協(xié)議，它支持設(shè)施間的數(shù)據(jù)互換，采納客戶/服務(wù)器模式供給與HTTP（超文本傳輸協(xié)議）相同的基本功能。該協(xié)議作為一個開放性標(biāo)準(zhǔn)還定義了可用于互換的電子商務(wù)卡、個人日程表、信息和條子等格式；WAP（WirelessApplicationProtocol）是無線應(yīng)用協(xié)議，它的目的是要在數(shù)字蜂窩電話和其余小型無線設(shè)施上實現(xiàn)因特網(wǎng)業(yè)務(wù)。它支持挪動電話閱讀網(wǎng)頁、收取電子郵件和其余鑒于因特網(wǎng)的協(xié)議。WAE(WirelessApplicationEnvironment)是無線應(yīng)用環(huán)境，它供給用于WAP電話和個人數(shù)字助理PDA所需的各樣應(yīng)用軟件。藍(lán)牙硬件的實現(xiàn)藍(lán)牙的技術(shù)規(guī)范除了包含協(xié)議部格外還包含藍(lán)牙的應(yīng)用部分（即應(yīng)用模型）。在實現(xiàn)藍(lán)牙的時候，一般是將藍(lán)牙分紅兩部分來考慮，其一是軟件實現(xiàn)部分，它位于HCI的上面，包含藍(lán)牙協(xié)議棧上層的L2CAP、RFCOMM、SDP和TCS以及藍(lán)牙的一些應(yīng)用；其二是硬件實現(xiàn)部分，它位于HCI的下邊，亦即上邊提到的基層硬件模塊，它已在圖1中標(biāo)示出。下邊討論藍(lán)牙硬件模塊的構(gòu)造與性能。藍(lán)牙硬件模塊由藍(lán)牙協(xié)議棧的無線收發(fā)器（RF）、其帶控制器（BB）和鏈路管理層（LMP）構(gòu)成。當(dāng)前大部分生產(chǎn)廠家都是利用片上系統(tǒng)技術(shù)SOC（System-On-Chip）將這三層功能模塊集嵌在同一塊芯片上。圖2為單芯片藍(lán)牙硬件模塊構(gòu)造圖。它由微辦理器（CPU）、無線收發(fā)器（RF）、基帶控制器（BB）、靜態(tài)隨機(jī)儲蓄器（SRAM）、閃存（Flash程序儲蓄器）、通用異步收發(fā)器（UAST）、通用串行接口（USB）、語音編/解碼器（CODEC）及藍(lán)牙測試模塊構(gòu)成。下邊分別表達(dá)各部分的構(gòu)成及功能。（1）藍(lán)牙基帶控制器藍(lán)牙基帶控制器是藍(lán)牙硬件模塊的重點模塊。它主要由鏈路控制序列發(fā)生器、可編程程序列發(fā)生器、內(nèi)部語音辦理器、共享RAM裁器及準(zhǔn)時鏈管理、加密/解密辦理等功能單元構(gòu)成。其主要功能：在微辦理器模塊控制下，實現(xiàn)藍(lán)牙基帶部分的所及時辦理功能，包括負(fù)責(zé)對接收bit流進(jìn)行符號準(zhǔn)時提取的恢復(fù)；分組頭及凈荷的循環(huán)沉余度校驗（CRC）；分組頭及凈荷的前向糾錯碼（FEC）辦理和發(fā)送辦理；加密和解密辦理等。且能供給從基帶控制器到其余芯片的接口（諸如數(shù)據(jù)路徑RAM客戶接口、微辦理器接口、脈碼調(diào)制接口（PCM）等。（2）無線收發(fā)器模塊無線收發(fā)器是藍(lán)牙設(shè)施的核心，任何藍(lán)牙設(shè)施都要有無線收發(fā)器。它與用于廣播的一般無線收發(fā)器的不一樣樣之處在于體積小、功率?。ó?dāng)前生產(chǎn)的藍(lán)牙無線收發(fā)器的最大輸出功率只有100mW、2.5mW、1mW三種）。它由鎖相環(huán)、發(fā)送模塊和接收模塊等構(gòu)成。發(fā)送部分包含一個倍頻器，且直接使用壓控振蕩器調(diào)制（VCO）；接收部分包含混頻器、中頻器放大器、鑒頻器以及低噪音放大器等。無線收發(fā)器的主要功能是調(diào)制/解調(diào)、幀準(zhǔn)時恢復(fù)和跳頻功能同時達(dá)成發(fā)送和接收操作。發(fā)送操作包含載波的產(chǎn)生、載波調(diào)制、功率控制及自動增益控制AGC；接收操作包含頻次調(diào)諧至正確的載波頻次及信號強(qiáng)度控制等。（3）微辦理器（CPU）CPU負(fù)責(zé)藍(lán)牙比特流調(diào)制和解調(diào)所的全部比特級辦理，且還負(fù)責(zé)控制收發(fā)器和專用的語言編碼和解碼器。（4）Flash儲蓄器和SRAMFlash儲蓄器用于寄存基帶和鏈路管理層中的全部軟件部分。SRAM作為CPU的運行空間，在作時把Flash中的軟件調(diào)用SRAM中。（5）語音編/解碼器CODEC（CoderDecoder）語音編/解碼器CODEC由ADC（數(shù)模變換器）、模數(shù)變換口（ADC）、數(shù)字接口、編碼模塊等構(gòu)成。主要功能：供給語音編碼和解碼功能，供給CVSD（ContinuousVariableSlopeDeltaModulation）即連續(xù)可變斜率增量調(diào)制及對數(shù)PCM（PulseCodedModulation）即脈碼調(diào)制兩種編碼方式。（6）藍(lán)牙測試模塊它是由DUT（DeviceUnderTest）即被測試模塊與測試設(shè)施及計量設(shè)施構(gòu)成。一般測試設(shè)施被測試設(shè)施構(gòu)成一個輕輕網(wǎng)，測試設(shè)施是主節(jié)點，DUT是從節(jié)點。測試設(shè)施對整個測試過程進(jìn)行控制，其主要功能供給無線層和基帶層的認(rèn)證和一致性規(guī)范，同時還管理產(chǎn)品的生產(chǎn)和售后測試。（7）UART

（UniversalAsynchronousKeceiverTransunitter）通用異步收發(fā)器和

USB（UniversalSerialBus

）通用串行接口。功能：供給到HCI（HostConfrollerInterface）即主機(jī)控制器接口授輸層的物理連結(jié)，是高層與物理模塊進(jìn)行通訊的通道。3TR0700單芯片介紹RT0700單芯片是Transilica企業(yè)的藍(lán)牙產(chǎn)品，其構(gòu)造如圖3所示。它把無線收發(fā)器與基帶都集成到一塊CMOS芯片上，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的串行語音和通用串行接口電纜，為語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)供給無線連結(jié)。3.1構(gòu)造及工作原理RT0700單芯片由收發(fā)器、基帶、語音編/解碼器（CODEC）、帶有4個可配置的8bit接口的8051微辦理器、兩個串行口雙高性能的通用異步收發(fā)器（UART）、4KB的靜態(tài)隨機(jī)儲蓄器（SRAM）、64KB的Flash程序儲蓄器等構(gòu)成。收發(fā)器由低噪放大器（LNA）、電平控制器（PA）、混頻器、鑒頻器、控制寄存器、發(fā)送濾波器、振蕩器等構(gòu)成。其工作原理是：來自接收天線上的信號經(jīng)低噪放大器（LNA）放大后，送至多級濾波器，多級濾波器擁有預(yù)選擇功能，它把LAN的輸出信號限制在2.4GHz的ISM頻段內(nèi)，去除負(fù)頻次成分，輸出合適進(jìn)行下變頻辦理的信號。I、Q混頻器把藍(lán)牙頻段的信號移頻至低中頻（IF）傳輸?shù)恼{(diào)制信號。復(fù)合濾波器負(fù)責(zé)從下變頻信號中濾除無用信號和噪聲。鑒頻器使用過采樣技術(shù)從IF信號中拿出藍(lán)牙低調(diào)制指數(shù)信號；發(fā)送器由發(fā)送濾波器、頻次合成器、功率放大器、振蕩器、天線等構(gòu)成。其工作原理是：發(fā)送濾波器是一個高斯數(shù)字濾波器，它對發(fā)送環(huán)Tx輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字過濾；振蕩器的功能是驅(qū)動一個外面的晶體振蕩器或許接受一個外面的時鐘信號，向頻次合成器供給一個低噪聲的參照頻次。功率放大器的主要功能是對頻次合成器的輸出功率放大到1mW左右，且對頻次合成器起緩沖作用，減少負(fù)載變化對合成器的影響；發(fā)送天線：當(dāng)使用差分輸入的LNA時，它能夠是一個低噪聲的均衡雙極天線；8051微辦理器是一個8位的微辦理器，它的主要功能是管理和實現(xiàn)藍(lán)牙協(xié)議棧。它擁有一加強(qiáng)的指令集、二級數(shù)據(jù)指針、擴(kuò)展的SRAM和雙UART。在TR0700中對一些重復(fù)性的操作諸如分組的組裝和拆解、加密、地點編碼/解碼、糾錯和同步等都由硬件來實現(xiàn)，這樣能降低辦理器的開支，有效地提升響應(yīng)性能。TR0700除了8051微辦理器自己所帶有的一些特別功能寄存器（SFR）外，還定義了一些新的特別功能寄存器（SFR），它還引入了一些特其余中止，如一個帶有特別保護(hù)的外面中止INT3等。RT0700的基帶操作有三種模式可供選擇：數(shù)據(jù)/地點、端口、測試。3.2基本功能及應(yīng)用TR0700單芯片的基本功能是：擁有10m的傳輸距離及1Mbps的數(shù)據(jù)速率；支持79跳系統(tǒng)及支持點到點、點到多點連結(jié)，既能夠是主節(jié)點又能夠是從節(jié)點；支持GAP、TCS、手機(jī)、intercom剖面和串行口等；支持Hold、Sniff和Park功率節(jié)儉模式；對LC、LM、L2CAP、SDP、RECOMM等藍(lán)牙協(xié)議棧能圓滿實現(xiàn)；關(guān)于SCO鏈路支持HV1、HV2、HV3數(shù)據(jù)分組；關(guān)于ACL分組支持DM1、DM3、DM5、HD1、HD3、HD5和AUX1數(shù)據(jù)分組；擁有用于測試和Flash內(nèi)存升級的JTAG接口。TR0700單芯片的主要應(yīng)用有：用于電信方面的峰房和無繩電