基于“蓝牙”技术的嵌入式终端设备开发及硬件实现_图文

1、重庆邮电学院硕士学位论文基于“蓝牙”技术的嵌入式终端设备开发及硬件实现姓名：梅海军申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：王平20040501重庆邮电学院硕士学位论立摘要随着无线通信网络的快速发展，蓝牙技术作为一种新型的无线通信技术逐渐发展和壮大起来，并迅速应用于手机、蓝牙耳机、标识牌等终端设备。目前，蓝牙技术是一种颇具优势的无线通信技术，逐渐成为嵌入式终端设备的研究热点问题。本文就是基于“蓝牙”技术的基础上开发了嵌入式终端设备，综合运用了二维条码扫描技术、嵌入式操作系统技术和液晶显示技术等关键技术。文中着重研究了嵌入式终端设备的硬件设计思路并加以实现。从嵌入式产品开发的角度，对嵌

2、入式终端设备进行了功能需求分析和功能规划设计，提出了嵌入式终端设备的核心板与接口板相互结合的模块化设计思想，基于此思想设计与制作了嵌入式终端设备的目标板。此外，还研究了蓝牙技术的实现原理，在嵌入式终端设各实现了蓝牙层数据通信。除此之外，提出了基于的蓝牙接入装置的设计思路，开发了基于的蓝牙接入装置，此装置很好解决了蓝牙无线通信与有线数据通信之间的切换。关键词：嵌入式终端设备，微处理器，蓝牙技术，嵌入式，操作系统蔓垦坚皇兰堕堕圭兰些堡兰一一，：，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发

3、表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废查电堂陵或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名前治争签字日期：多泖伊年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重庞查陵堂随有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庞虹电堂瞳一可以：舟学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名柏豸导师签名：多签字吼炉年如日签字吼砂年

4、月矽曰重庆邮电学院硕士学位论文嵌入武系统概述第一章绪论嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物，因此嵌入式系统是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。而嵌入式系统的工业基础是以应用为中心的芯片设计和面向应用的软件产品开发，所以嵌入式系统可以准确的定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可以裁剪、符合应用系统对功能、可靠性、体积、成本、功耗严格要求的计算机系统。嵌入式系统发展现状及前景随着信息化、网络化、智能化的发展，嵌入式系统获得了广阔的发展空间，特别是现在的（超大规模集成电路）技术的运用给嵌入式系统的开发提供了更大发展潜力

5、。目前，嵌入式系统已经广泛应用于信息家电、移动通信、手持终端设备以及工业控制等领域，如图卜所示，同时国外著名的处理器生产厂商（、日立、等）纷纷推出了各自的嵌入式微处理器，其中最具有代表性的是公司的系列、公司的系列、公司的系列和公司的系列等，这些嵌入式微处理器各自具有不同特点，大都是性能优越，系统集成度高，扩展能力强，可以应用于广泛的嵌入式系统中。图嵌入式系统应用领域针对嵌入式系统的广泛应用，未来的嵌入式系统发展趋势将向软硬系统集成、设计、应用程序开发以及内容服务等几个方面发展。嵌入式操作系统（）同操作系统相比，嵌入式操作系统不能要求所有的功能，但能够依据系统设计规格，有效地发挥硬牛的运算能力，

6、使得嵌入式产品达到效率价格比的最优化。现在新兴的嵌入式操作系统主要有：、等等，这些嵌入式操作系统各自具有不同优缺点，在不同的领域得到了广泛的应用。集成式芯片：设计现在集成技术可以将数百万以上的晶体管电路集成在同一芯片上，包含、等，甚至可以集成操作系统，形成一个单一的完整系统，简称为“片上系统”（）。同机所用处理器相比，嵌入式产品所需处理器及芯片组要求体积小、散热好、省电，因此未来的嵌入式系统多采用高集成度的为其处理器核心。应用程序嵌入式软件可区分为用户端应用软件及服务端集成软件，服务器端的软件以眦或为核心，并搭配各种数据库系统。由于嵌入式产品种类繁多，用户端可以根据用户的需要进行定制开发，所以

7、这也是嵌入式系统以后发展的趋势。内容服务由于嵌入式产品必须能够方面携带，所以在设计时必须满足体积的轻巧化，造型及颜色的个性化，输入的自然化，输出的多媒体化等要求。另外由于嵌入式产品常与网络联系在一起，所以把网络服务提供商或电子商务开发者提供的特性化服务与嵌入式终端设备相结合，将为嵌入式系统描绘更美好的发展前景。综上所述，嵌入式系统技术仍然具有广阔的发展前景，即使在当今软件与操作系统激烈竞争的时代，从市场方面来看，这种技术在未来十年仍存在巨大的发展潜力。嵌入式系统的特点前面概述了嵌入式系统是以应用为中心、软件与硬件相结合的特殊计算机系统，同通用型计算机系统相比，嵌入式系统具有以下一些特点：及时响

8、应：按照嵌入式系统的定义它是某种技术过程的核心处理环节必须满足技术过程的时限要求，所以具有实时处理的特性。并发处理：在实际环境中，嵌入式实时系统处理的外部事件往往不是单一的，这些事件往往是随机发生的，也可能同时出现，因此，嵌入式系统处理具有分布和并发的特点。专用紧凑：由于嵌入式设备的用途固定、成本敏感和其软硬件够用即可，因此它在体积、功耗和配置等方面有明显的约束。键壮可靠：嵌入式产品的使用人员多为非计算机专业人士，使用环境不定，往往都是比较恶劣的环境，其健壮性和可靠性是此类系统的必备条件。多样性：嵌入式系统应用广泛，品种繁多，形式多样。技术密集：嵌入式系统是计算机技术、微电子技术和电子技术与其

9、它应用行业相结合的产物，因此，它必然是一个技术密集、不断创新的知识集成系统。课题研究目的及意义目前无论是我国邮政还是物品投递公司，其物品投递确认信息系统都是以纸质介质的形式进行存储的，其信息采集和使用都很不方便。随着现代社会的日益进步、电子商务的迅速发展、信息技术的日新月异，原有的这种操作方式已远远不能适应信息社会的需要。鉴于我国物流配送和电子商务发展的需要，我们开发了基于蓝牙通信的数字签名与物流信息采集掌上终端（下称“掌上终端”）此“掌上终端”主要是以“蓝牙”技术为亮点，实现邮件投递过程中的无线数据通信和无纸化操作方式，促进邮政物品投递业务和物流业的信息化发展。但是在前期课题研究中，“蓝牙”

10、技术仅仅实现了层的数据通信，这远远不能充分体现出蓝牙无线通信技术强大的网络功能，同时在项目开发初期，“蓝牙”技术的一些深层次的问题也逐渐暴露出来，例如：蓝牙网络的多点通信问题、安全性问题、稳定性问题等等，因此，我们有必要对前期课题进行二次开发。通过二次开发，我们重新研究了嵌入式终端设备的设计思路，以产品化的角度来规划嵌入式终端设备的二次开发。总的来说，基于“掌上终端”的基础上，进一步开发嵌入式终端设备可以带来以下优点：增加蓝牙通信网络的功能能嵌入操作系统终端设备具有更人性化的操作界面根据特定环境定制相应的应用程序能扩大终端设备的应用环境以及拓宽市场潜力基于以上的居多优点，对掌上终端进行二次开发

11、具有很深远的意义。研究的主要内容一方面，“蓝牙”技术具有丰富的协议栈，可以组建蓝牙无线网络；另一方面，为了增加人性化的操作界面，嵌入式终端设备必须提供更强的图形和数据处理能力，而蔚期系列微处理器开发的终端设备很飕满足这样的要求。因此本重庆邮电学院硕士学位论文文基于前期项目开发的基础上，继续深入研究嵌入式系统的开发过程，提出了以蓝牙网络为中心、以操作系统为平台，开发具有较强实用性的嵌入式终端设备，本文着重讨论了嵌入式终端设备的开发及硬件实现，具体而言，主要研究了以下内容：论证和分析了嵌入式系统开发的设计思想详细论述了嵌入式终端设备的硬件实现分析了嵌入式终端设备所应用的关键技术简要分析了嵌入式终端

12、设备的软件系统构架详细讨论了基于蓝牙的嵌入式网络装置本章小节本章首先从嵌入式系统的定义着手分析了嵌入式系统的巨大发展潜力及未来的主要发展方向，随后说明了嵌入式系统同通用的操作系统相比所表现出来的独特之处，接着介绍了本课题所研究的背景及意义之所在，最后阐明了本论文所要讨论与研究的内容。第二章嵌入式终端设备的总体设计及关键技术针对邮政信息化产业的发展，我们开发了应用于邮政物品投递确认系统的嵌入式终端设备，该嵌入式终端设备融合了“蓝牙”技术、微处理器技术、带触摸的液晶显示技术、二维条码技术等多种技术，针对这些关键技术的应用，嵌入式终端设备必须具有“蓝牙”无线通信功能、条码扫描功能、液晶显示功能等相关

13、接口功能，同时还要拥有能与嵌入式操作系统相互兼容的微处理器及与之匹配的其它硬件属性。功能需求分析从功能上可以将嵌入式终端设备划分为三部分：接口部分，控制核心部分和电源模块部分。接口部分主要分析了终端设备与外围环境数据交换的各种方式：控制核心部分主要负责操作系统的正常运行、读写存储器和存储器、实现特定接口功能及执行相关控制信息；电源模块部分主要完成熬个硬件系统的供电功能，包括蓝牙接口、扫描接口和液晶显示接口的供电。控制核心部分在前期项目开发的过程中，嵌入式终端设备已经实现了蓝牙层数据通信、扫描接口以及带触摸的液晶显示接口等方面的功能，但在网络功能方面还有待改进和扩充。这些已实现的功能远远不能满足

14、以后开发的需求，且应用在此终端设备上的“蓝牙”技术并没有充分发挥其应有的优势。由蓝牙协议可知，“蓝牙”技术具有很丰富的协议栈，规范了许多蓝牙服务，基于这些服务可以开发出丰富的网络功能。所以在前期开发基础上进行二次开发，应着重于增加嵌入式终端设备的网络功能、提供更人性化的操作界面、开发更多的蓝牙服务等功能。而通用的单片机（如系列或）不能满足这些功能需求的开发，因此我们选用了高档微处理器作为嵌入式终端设备的控制中心。此外，还需要外扩和存储器，这样就构成了嵌入式终端设备的控制核心部分。存储器主要存储操作系统以及相关的应用程序；主要存储操作系统运行时需要保存的相关中间信息及中间处理数据。针对嵌入式终端

15、设备的功能需求，对控制核心部分的主要部件选型作如下分析：（）嵌入式微处理器目前，世界上具有嵌入式功能的处理器有多种，个系列。不同的处理器有其不同的功能和优势，但是低成本、低功耗、高性能是嵌入式系统应用的特殊要求，现在市场上嵌入式处理器的主流类型有、等系列。针对本次开发的具体需求，必须考虑以下几个方面：具有多种串行接口（至少个）能与操作系统相互兼容具有较高的总线运行速度应该拥有很灵活的存储控制机制工作电压要求较小综合考虑了嵌入式终端设备的应用领域、功耗要求、应用成本及开发的难易程度等因素，我们选用了公司推出的位高性能嵌入式处理器，该处理器以为内核，包含了指令快存、写回方式数据快存、一个字节的微型

16、数据快存、个写缓冲器、一个读缓冲器和一个存储管理单元（删），最高的工作频率可以达到姗。一微处理器的整个设计理念是以高性能、低功耗为中心而设计的。（）存储器针对嵌入式终端设备面言，主要考虑了两种存储器：存储嚣和静态数据存储器。在选择存储器时，主要考虑两个方顽的因素：其一考虑同微处理器的兼容性：其二考虑存储器的读写速度。兼容性主要考虑了微处理器所支持的数据格式及存储容量；考虑读写速度主要是选择存储器的读写速度不能低于微处理器的内部总线的工作速度。在分析了操作系统及应用程序大小，综合考虑以上的需求，我们选用了一款容量为、性能稳定及使用方便的存储器，型号为：。在选择时，从两个方面的因素考虑：一是存储容

17、量；其二是读写速度。选择存储容量的大小时，主要估算操作系统运行时需要多少缓存空间和运行应用程序时需要多少空间来存储中间结果，当然还必须充分考虑到存储裕量及扩展性；读写速度主要考虑与嵌入式处理器的运行速度基本一致。综合考虑以上因素，选用了一款容量为、性能可靠及通用的存储器，型号戈：。接口部分接口部分提供了两种类型的接口：通信接口和调试接口。通信接口包括蓝牙接口、扫描接：和液晶显示接口；调试接口包括口和串行下载接口。蓝牙接口主要实现嵌入式终端设备与数据处理中心之间的无线数据通信；扫描接口就是完成二维条码的识读功能；液晶显示接口就是提供人机接口界面，实现数字签名的功能：接口主要用于引导代码到系统的中

18、：而串行下载接口用于操作系统、应用程序和系统级的调试。在具体实现接口功能时，对通信接口的选择主要考虑如下因素：（）蓝牙接口目前，市场上有多种蓝牙模块，其中主要以爱立信（）、诺基亚重庆邮电学院硕士学位论文（）、东芝（）、国际商用机器公司（）、因特尔（）和公司开发的蓝牙芯片为主，这些蓝牙芯片都具有以下特点：完全符合蓝牙协议。规范可以运行在低功耗运行模式集成了电源监控器具有双接口以及其他通用接口基于终端设备对蓝牙接口的要求，蓝牙芯片必须满足蓝矛协议规范、体积小、功耗低及价格适中等等居多要求，综合考虑了这些因素，我们选用了公司开发的以为内核的蓝牙芯片，型号：。（）扫描接口扫描接口主要实现维条码的识读功

19、能。同一维条码相比，二维条码具有存储信息容量大、编码范围广、容错能力强、译码可靠性高、保密防伪性好、成本低等优点，而邮政物品投递信息系统需要保存的信息量大，所以采用二维条码的方式保存物品投递的相关信息。基于这样的基础上，我们开发了嵌入式终端设备来采集二维条码的信息，然后处理二维条码的数据信息。作为终端设备的扫描接口，应该要求扫描电机具有体积小、重量轻、价格适中及使用方便等特点，综合考虑了这些因素，我们选择了公司生产的款扫描电机，型号：，此扫描电机满足以上所提到的绝大部分要求。（）带触摸的液晶显示接口通常来说，终端设备的人机接口界面通过带触摸的液晶显示来表现的，带触摸的液晶显示屏主要完成功能菜单

20、的显示以及实现数字签名的功能。因此选择液晶显示屏时要考虑以下因素：要求点阵精度较高具有文本和图形两种显示方式重量轻、安装方便要求功耗低、供电方式方便综合考虑了终端设备的要求及显示需求，我们选用了深圳欣瑞达公司代理的液晶显示屏，型号：。此款显示屏能较好的显示文本及简单的图形信息，同时具有较好的触摸特性，在文后设计具体电路时详细介绍了液晶显示屏的特性。电源模块部分相对于整个硬件系统来说，电源电路部分具有举足轻重的作用，它担负起整个硬件系统的供电任务。高质量的、高可靠的电源模块将是整个硬件系统可靠运行的首要保证，因此在设计电源部分电路时，主要考虑电源稳定性、可靠性及功率强度等方面的因素。稳定性和可靠

21、性主要表现在输出电压稳定且受负载影响较重庆邮电学院硕士学位论文小：而功率强度将保证硬件系统的持续工作时间，同时也是能否驱动负载的首要条件。就嵌入式终端设备而言，各自消耗电流情况如下表所示：输入电压输入电流（）名称（）工作模式保持模式低功耗模式备注扫描接口液晶显带背光示接口不带背光蓝牙接口核心电压伏集（片）处于读方式成芯个激活片连续工作时表一终端设备电流消耗表（主要部件）从表可以看出，蓝牙接口和扫描接口的消耗电量最大，而带触摸的液晶显示接口、和也消耗比较大的电流。在选择转换芯片时主要考虑整个系统最大消耗的电流量，基于此基础上对电流量乘以适当的裕量参数。由表可计算嵌入式终端设备的最大电流消耗量，即

22、就是累加主要部件的电流消耗量：×，（：最小消耗的电流量，即累加嵌入式终端设备核心部件的运行时消耗的电流量：×（）。针对不同的情况，裕量参数具有不同的标准值，通常来说，裕量参数最大消耗电流量最小消耗电流量，则裕量参数。由此可计算出嵌入式终端设备所要消耗的电流量为：×（）。综合以上需求，我们选择了和的转换芯片的输出电流各为（），其型号分别为：和。功能规划设计从嵌入式终端设备的功能需求可知，我们对嵌入式终端设备进行了模块化设计，把整个系统划分为核心扳和接日板。核心板就是由以一为控制中心、配置了和存储器及其它相关电路组成；而接口板主要是由蓝牙接、扫描接口、液晶显示接口及串

23、行调试接口等接口电路和电源模块电路组成。重庆邮电学院硕士学位论文核心板结构设计核心板作为嵌入式终端设备的控制核心部分，主要以嵌入式处理器为控制中心，配置了片位存储器和片位同步动态数据存储器（），同时还包括了其它一些辅助的电路。其主要功能：运行操作系统启动驱动程序执行相关的接口功能，实现二维条码识读和蓝牙无线通信，同时驱动液晶显示接口完成二维条码信息的显示以及数字签名功能。整个核心板结构框图如下所示晒曦口堡垒。）存储器存储器垫、，。串行接口丛卫广广，地址数据总线婴串行接口工堑上。一微，处理器蹦红外接口堕数据存储器一复位电路一液晶主时钟显示位并行接口接口实时时钟圈核心扳系统结构图图一所示的就是整个

24、核心板的系统结构图。整个系统扩展了存储器和蛐数据存储器。前者是用来存储所有的指令代码和参变量；后者主要是用来存放数据和运行应用程序；同时系统也扩展了接口，用来与接口的外设进行通信：扩展两个串行口分别连接至蓝牙接口和扫描接口，通过串行口实现蓝牙无线通信和条码扫描功能；扩展液晶显示接口，显示条码信息及完成数字签名功能；另外还有复位电路（）、主时钟和实时时钟（）模块等。核一，板包括了嵌入式终端设备的关键部件，如一微处理器、和等等，而嵌入式处理器是引脚的封装，内韶总线工作频率是，同时的总线速度达到，存储器的总线速度也达到，因此要求印制电路板按照高速设计规则来设计。针对一微处理器的×方型尺寸，

25、且为封装，此印制板必须采用多层板设汁技术来设计。重厌郏电学院硕学位论文接口板结构设计接口板主要由电源模块、蓝牙接口、扫描接口、液晶显示接口及电乎转换模块组成，如图所示。串口位并行口串口圈接口板结构图从图可以看出，蓝牙接连接至微处理器的串行口，通过串行口完成蓝牙初始化及蓝牙无线数据通信功能；扫描接口连接至微处理器的串行口，通过串行口实现二维条码的识读功能：调试接口通过电平转换模块连接至串行口，利用串行口来下载操作系统、应用程序和系统级的调试；最后液晶显示模块连接至微处理器的并行接口，通过并行接口来显示二维条码信息和执行数字签名的工作。接口板主要包括电源部分和接部分，接口部分基本上都是接插件，而电

26、源部分采用模块化设计，且从制板成本上考虑接口板印制电路板采用两层设计及通用的设计技术来设计。嵌入式终端设备的关键技术嵌入式操作系统技术嵌入式操作系统就是以提供“微内核”（）为主，配置相关的窗口系统界面及通信模块和开发相关的应用程序来实现特殊的功能。相对通用操作系统来泷，嶷入式摄传系统主要功能如下图所示：重庆邮电学院硕卜学能论文幽陂入式操作系统功能示意刨从图可知，嵌入式操作系统的主要功能由内存管理、多任务管理和周边设备管理三个部分组成，分别介绍如下：，内存管理内存管理主要是所谓的动态内存管理的功能。当程序的某一部分需要使用到内存的对候，可以利用操作系统中所提供的分配函数（）柬处理，一旦使用完毕之

27、后，可以通过释放函数（）来释放所占用的内存，这样内存就可以重复使用，从丽达到动态分配内存的目的。多任务管理多任务处理主要就是提供设计人员多个同时存在的线程（）或是进程（），通过操作系统本身的调度机制（）的辅助来简化程序设计。现在嵌入式提供了多组寄存器来辅助执行模式的切换，而操作系统土要是提供调度机制来控制这些执行程序的起始、执行、暂停和结束。周边资源管理一个嵌入式系统除了系统本身的中央处理器、内存之外，还提供了许多不同的周边设备，例如按键、显示面板、通信接或外接控制器等等，因此操作系统必须安排这些资源以满足每一个应用程序的需求，弼时要求编写驱动程序的程序员提供一个固定格式的周边资源驱动程序界面

28、，以便资源管理。高速电路设计技术高速电路就是数字逻辑电路的频率达到或超过，而且整个系统工作在这个频率之上的电路已经占到整个电子系统一定的分量。在发计高速电路时，需要考虑传输线效应和信号完整性两个方面的问题。传输线效应实际的传输线就是由一些离教电容与离教电感、电阻和电导所组成等效电路结丰勾。对于高频电路来说传输线会对整个电路设计带来多方面的影晌。例如：反对信号、延时釉时序错误、多次跨越逻辑电平门限错误、过冲与下冲、牟扰，重庆邮电学院硕士学位论文电磁辐射等等。为了避免产生传输线效应我们在具体设计对必须注意以下几个方面：（）严格控制关键网络的走线长度）合理规划走线的拓扑结构（）采取相应措臆抑止电磁干

29、扰信号完整性信号完整性是指信号在电路中以正确的时序和电压做出响应的能力。从广义上讲，信号完整性问题主要表现为：延时、反射、串扰、同步切换噪声（）和电磁兼容性（）。在具体设计高速电路板时，需要综合考虑这些因素，这样就形成了一种基于信号完整性分析的设计方法，其具体步骤如下：（）首先建立高速数字信号传输的信号完整性（）模型（）根据模型仿真结果选择合适的元器件类型、参数和电路拓扑结构（）在电路设计完成后，各高速数字信号应该都具有一个连续的、可实现的解空间（）将解空间的边界值作为版图设计的约束条件（）最后将部分完成或全部完成的设计送回模型进行设计后的信号完整性分析多层印制板设计技术口所谓多层电路板就是把

30、两层以上的薄双面电路板牢固地胶合在一起，成为一块组件。多层电路板可以改善板的信号特征，例如：电源层和地线层深埋在主板的内层，这样不受电源杂波的干扰，尤其高频电路可以获得较好的抗干扰能力等等，也可以改善电路板的体积，提高产品设计的质量。多层电路板设计流程如下图：图多层电路扳的、瑷计流程墨塞塑皇兰堕堡主兰堡望塞对于高频电路来说，设计合适的电路扳层叠配置和选择合适的叠加层次可以减少布线的很多麻烦，因此我们需要对电源、地的层数及信号层数进行仔细规划。通常情况下，扳层的排列遵循以下原则：元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层及为顶层布线提供参考平面所有的信号层尽可能与低平面相邻尽量避免两信号层直接

31、相邻主电源尽可能与其对应地相邻兼顾层间对称而具体在规划多层印制板设计时，需要根据具体情况对多层印制板进行合理规划。蓝牙技术“蓝牙”技术是一种短距离的无线通信技术，同时具有丰富的蓝牙协议栈，可以组建独立的蓝牙局部网络，也可以同或有线网络共存。在制定蓝牙规范之初特别定义了“蓝牙”的各层通信协议，整个蓝牙协议栈按其逻辑功能划分为三部分：传输协议、中介协议和应用协议。传输协议负责蓝牙设备之间相互确认对方的位置，以及建立和管理蓝牙设备之间的物理和逻辑链路，包括了链路管理器协议（）、逻辑链路控制与适配协议（）和主机控制接口（）；中介协议主要为高层协议提供逻辑链路上的应用平台，主要包括了串口仿真协议（）、服

32、务发现协议（）、互操作协议、网络访问协议（）和电话控制协议（）：应用协议就是那些位于蓝牙协义栈之上的应用软件和其中所涉及的协议。因此蓝牙整个挤议栈构成了丰富的网络功能，同时也具有许多特点与优势：采用全球通用的频段：可以同时进行语音和数据通信：可以建立蠡时性的对等连接；具有很好的抗干扰能力：体积小功耗低。开发工具介绍软件开发工具在开发嵌入式终端设备过程中，我们选用了北京赛德菱（）信息技术有限公司研制的开发板作为硬件设计参考和软件开发工具。此开发板提供了软件调试和硬件参考两个方面的内容开发板扩展了一微处理器的所有接口，我们可以通过开发板做大量的调试与检测工作，具体如下：调试引导程序，然后根据目标板

33、修改引导程序重庆邮电学院硕士学位论文调试和裁剪内核，然后编译和修改调试相关驱动程序，例如蓝牙接口驱动、扫描接口驱动、液晶显示接口驱动提供了基于交叉编译器硬件开发工具”在环境下，我们绘制了整个硬件系统的原理图，即终端设备的且标板，并且制作了目标板的印制电路板。是一种全新、通用的制作电路原理图工具，它是基于环境下的新一代电路原理图辅助设计与绘制软件，其功能模块包括电路原理图设计、印制电路板设计、无网络布线器、可编程逻辑器件设计、电路图模拟仿真等，是体化的电路设计与开发环境。同时还具有以下特点：全新的文件管理方式支持网络设计添加了自动布局和信号完整性规则设计提供了自动布线规则的复合选项，方便了布线规

34、则设计增强了自动布局功能从原理图到印制电路板的更新功能，加强了和之间的联系改进了电路仿真功能本章小节本章首先从嵌入式终端设备的功能需求着手。具体规划和设计了嵌入式终端设备的功能模型结构图，基于这些基础上对整个硬件系统进行了选型分析。然后阐述了嵌入式终端设备所涉及到的关键技术，介绍了这些关键技术的相关特性及其优势。最后，从软件和硬件开发角度上说各自开发所需要的软件工具和硬件平台。萋庆邮电学院硕士学位论文第三章嵌入式终端设备的硬件实现核心板电路实现微处理器电路设计处理器简介铷处理器就是在系列处理器基础上扩展了硬件和软件两方面的功能。微处理器是公司生产的一种基于环境的微处理器，主要针对网络通信功能而

35、设计的其内部结构包括处理器内核、存储器和控制模块、钋围控制模块和系统控制模块，如图一所示。图微处理器的架构图从图一可以看出，微处理器是以为处理器的内核，它采用了结构。软件与架构相互兼容，增加了可至的指令缓存（卜），可至的数据缓存（）及相应的存储器管理单元一蹴，同时，还带有测试接口。作为赢性能的微处理器，具有以下特性：重庆邮电学院硕士学位论文（）频率可以达到涮：通过内核电压来选择最高工作频率，当内核电压是时。最高工作频率是；当内核电压是时，最高工作频率是。（）具有种电源管理模式：正常模式、空闲（省电）方式和睡眠（省电）方式（）主时钟和实时时钟相结合的方式：主时钟通过扩频后供给和各个控制器，同时分

36、频后可以作为串行口波特率发生器：实时时钟用于实时控制和电源管理模块。（）拥有根片选信号：支持各种静态存储嚣，对应着个独立的扩展段接口，每个扩展段有，且处于可编程等待状态（）拥有个通用的接口：既可以多路复用，又可以实现特殊的功能（）能完全兼容，嵌入式操作系统（）通道姒控制器：可以支持各种功能服务（）包含多种串行通信接口：最高可以支持的串行接口通信以及和规程的串行控制器（）包含个通用可产生中断的定时器：可以用作通用系统定对器和定时器（）个电源控制器：可以控制处理器进入或退出睡眠和空闲方式（）支持完全的接口边界扫描测试标准（）支持两个插座（）支持存储器的页读写方式以及位数据总线访问（除外）（）嵌入控

37、制器：支持被动和主动两种方式的显示（）集成了端点控制器基本工作原理微处理器的核心逻辑功能是建立在基础上的，以高性能和低功耗为中心进行优化设计的，并使用了帅的蕊制造工艺，同时低功耗的思想也体现在电源管理、时钟使用的模式上。现主要介绍一下关键部件的工作原理：（）的内核图一所示，的内核是由内核、指令缓存、。数据缓存、指令存储管理单元（蛳）、数据存储管理单元（）和读写缓存组成指令缓存和数据缓存各自对应着帽应的存储管理单元，这样指令流和数据流可以相互独立的进行传输，可以提高的执行效率。同时在内核里分配了一个字节的微型缓存，在处理大量数据时通过这个微型缓存可以改善数据缓存萝庆邮电学院硕士学位论文性能。（）

38、状态控制一微处理器支持种电源管理特性：正常方式、空闲（省电）方式和睡眠（省电）方式。每一种方式有不同的电源消耗。空闲方式通过软件进入；睡眠方式由软件或表示电源故障的根输入引脚之一有效进入。空闲方式由中断退出：睡眠方式由预先程控的唤醒条件退出，这两种方式都可以由硬件复位退出。圈蹦一微处理器的状态图正常方式允许所有的电源供电，所有的时钟处于运行状态，可以使用各种片内资源：空闲方式允许应用软件在不使用时停止它的运行，而同时监视片内或片外的中断状态，所有片内资源都处于工作状态：睡眠方式消耗功率最少，进入睡眠方式时徽处理器依次关闭片内活动，处理器执行内部复位，使脚无效以控制外部系统把变为，图说明了种方式

39、之间的转换状态图。（）复位一微处理器有种复位方式；硬件复位、软件复位、复位和睡眠复位。当引脚为低电平时，产生硬件复位。通常情况下，整个系统上电时都需要给一个硬件复位信号，通过此复位信号进入正常工作模式。软件复位是通过置寄存器的位来产生的，能够复位的大部分功能，同时输出为高电平。在寄存器的允许置位且与定时器计数器相符时产生复位，而进入睡眠方式时就产生睡眠复位。（）时钟控制微处理器的整个系统是由两个时钟组成：主时钟年订实时时钟。主时钟的输入是，可以倍频产生时钟，主要供绘和各个控制器，同时分频后可以作为串行口波特率发生器：实时时钟的输入是，主要是用于实时时钟和电源管理模块。（）中断控制在程序执行期间

40、，当个不可预测的事件发生时，通常要产生一个异常。当这些异常事件同时发生时，将由固定优先级次序的服务体系来决定那个异常先被表异常事件的优先级次序一有个中断源，每个可以分别屏蔽，并可组合产生或中断。一¨中断控制器分成两部分；第一部分包括中断控制器捕获寄存器（）和中断控制器捕获寄存器（）它们存放所有允许的和未屏蔽的中断源；第二部分为产生中断的源器件寄存器。存放程控为产生的中断，而存放程控为产生的中断。在大多数情况下，中断源首先读出或来决定中断器件，然后读出该器件的状态寄存器找出服务的对象。（）存储管理及控制一实现标准的存储管理功能，它使用个项全相联变换缓冲器（），一个用于指令访问，另一个用

41、于数据访问。当不命中时，变换表谨件重新进行变换，取出访问允许信息，这时，如该项映像于有效的页或段，则该信息放于中。一有根通用端口（），可用于产生和捕捉输出和输入信号，且每根线可程控为输入或输出和作为中断源。当系统复位时，它们均设置为输入。每根脚可通过编程引脚方向寄存器（）设置为输出或输入。对输出口，可以通过写入脚输出置位寄存器（）和脚输出清零寄存器（）来控制它输出或；编程为输入口时，每根脚的现行状态可通过编程脚电平寄存器（）设置来读出。另外，还可以作为第二功能使用。微处理器电路实现处理器是一个具有高集成度的通信控制芯片，内斋；集成了一个处理器内核，并具有逻辑单元、多个通讯信道、控制器、内存、控

42、制器和通用的口，外围有个引脚，包括根数据总线、根地址总线和相关控制总线。图为微处理器电路实现接线简图总线总线殛匝型厂品习一竺竺兰臣亟回一！竺竺卜一弋国微处理器电路实现接线简图具体对微处理器的电路实现需要考虑以下几个方面：（）复位电路在整个系统上电后，系统处于正常方式，此时微处理器内部寄存器处于起始状态，同时计数器开始计数，调用操作系统的第一条指令进入内存，所以要求硬件和软件保持在同一时序开始运行。对于复位电路的实现，此嵌入式终端设备采用乍为整个系统的复位驱动，它是引脚封装集成芯片，输出低电平时整个硬件系统复位，同时它也可以手动复位以重新启动操作系统。（）时钟电路整个系统的时钟是由主时钟和实时时

43、钟组成，主时钟输入频率是，实时时钟输入频率是。对整个系统来说时钟信号是相当重要的，例如：它控制计数器的记录过程、作为串行口波特率发生器、刷新读写缓冲器的频率以及控制指令缓存器的指令执行顺序等等。具体实现时，采用石英晶体组成三点式串联振荡嚣，每个晶体旁边匹配两个陶瓷电容。（）接口电路微处理器内部嵌入了接口，此（）是的标准规范。它不仅能检测设备与目标板的电气连接，而且也能检测整个目标板上设备之间的连接。接口主要由个控制信号：、及组成，通过执行内部命令来完成边界扫描操作，图说明了边赛扫描时序图。椭§商盈边界扫描时序图从图可以看出，和都是在对钟的上升沿采样，而是在时钟的下降沿采样。当某一条指令下载到边界扫描寄存器（）后，所有的边界扫描单元就处于一种工作模式，例如指令下载到后，则整个边界扫描单元就处于检测模式，其它指令以及测试过程在文后将作详细介绍。除此之外，在具体实现微处理器电路时，还考虑了电容滤波、上拉电阻、下拉电阻及其它相关的处理。整个微处理器部分的电路