蓝牙技术硬件实现模式解析总结计划

蓝牙技术硬件实现模式分析纲领：介绍了蓝牙技术的系统构造及特色，并联合TransiliCA企业生产的OnechIP蓝牙产品TR0700单芯片，分析了硬件实现模式。重点词：蓝牙技术硬件实现链路管理与控制跳频蓝牙技术是一项新兴的技术。它的主要目的是在全球成立一个短距离的无线通讯标准。它使用2.4GHz～2.5GHz的ISM（IndustrionScientifcMedical）频段来传达话音和数据。运用成熟、适用、先进的无线技术来代替电缆，它供给了低成本、低功耗的无线接口，使所有固定和挪动设施经过轻轻网PAN（PersonalAreaNetwork）连结起来，诸如：计算机系统、家庭影院系统、无绳电话系统、通讯设施等，互相通讯，实现资源共享。蓝牙技术支持多种电子设施之间的短距离无线通讯，这类通讯不需要任何线缆，亦不需要用户直接手工干预；每当一个嵌入了蓝牙技术的设施觉察另一起样嵌入蓝牙技术的设施，它们就能自动同步，互相通讯，实现资源共享。蓝牙的构造系统蓝牙协议栈的系统构造如图1所示。它是由基层硬件模块，中间层和高端应用层三大部分构成。1.1蓝牙的基层模块基层模块是蓝牙技术的核心模块，全部嵌入蓝牙技术的设施都必然包含基层模块。它主要由链路管理层LMP（LinkManagerProtocol）、基带层BB（BaseBand）和射频RF（RodioFraquency）构成。其功能是：无线连结层（RF）经过2.4GHz无需申请的ISM频段，实现数据流的过滤和传输；它主要定义了工作在此频段的蓝牙接收机应知足的需求；其带层（BB）供给了两种不一样样的物理链路（同步面向连结路SCOSynchronousConnectionOriented和异步无连结链路ACLAsynchronousConnectionLess），负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输，且对全部种类的数据包供给了不一样样层次的前向纠错码FEC（FrequencyErrorCorrection）或循环沉余度差错校验CTC（CyclicRedundancyCheck）；LMP层负责两个或多个设施链路的成立和拆掉及链路的安全和控制，如鉴权和加密、控制和磋商基带包的大小等，它为上层软件模块供给了不一样样的接见进口；蓝牙主机控制器接口HCI（HostCntrollerInterface）由基带控制器、连结收理器、控制和事件寄存器等构成。它是蓝牙协议中软硬件之间的接口，供给了一个调用基层BB、LM、状态和控制寄存器等硬件的一致命令，上、下两个模块接口之间的信息和数据的传达必然经过HCI的解说才能进行。HCI层以上的协议软件实体运转在主机上，而HCI以下的功能由蓝牙设施来达成，两者之间经过传输层进行交互。1.2中间协议层中间协议层由逻辑链路控制与适配协议L2CAP（LogicalLinkControlandAdaptationProtocol）、服务发现协议SDP（ServiceDiscoveryProtocol）、串口仿真协议或称线缆代替协议（RFCOM）和二进制电话控制协议TCS（TelephonyControlprotocolSpectocol）构成。L2CAP是蓝牙协议栈的核心构成部分，也是其余协议实现的基础。它位于基带之上，向上层供给面向连结和无连结的数据服务。它主要达成数据的拆装、服务质量控制、协议的复用、分组的切割和重组（SegmentationAndReassembly）及组提取等功能。L2CAP赞成高达64KB的数据分组。SDP是一个鉴于客户/服务器构造的协议。它工作在L2CAP层之上，为上层应用程序供给一种系统来发现可用的服务及其属性，而服务属性包含服务的种类及该服务所需的机制或协议信息。RFCOMM是一个仿真有线链路的无线数据仿真协议，符合ETSI标准的TS07.10串口仿真协议。它在蓝牙基带上仿真RS-232的控制和数据信号，为原来使用串行连接的上层业务供给传达能力。TCS是一个鉴于ITU-TQ.931建议的采纳面向比特的协议，它定义了用于蓝牙设施之间成立语音和数据呼喊的控制信令（CallControlSignalling），并负责办理蓝廾设施组的挪动管理过程。1.3高端应用层高端应用层位于蓝牙协议栈的最上部分。一个圆满的蓝牙协议栈按其功能又可区分为四层：核心协议层（BB、LMP、LCAP、SDP）、线缆代替协议层（RFCOMM）、电话控制协议层（TCS-BIN）、采纳协议层（PPP、TCP、TP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE）。而高端应用层是由采纳协议层构成。采纳协议层中的PPP（Point-to-PointProtocol）是点到点协议，由封装、链路控制协议、网络控制协议构成，定义了串行点到点链路应该怎样传输因特网协议数据，它要用于LAN接入、拨号网络及传真等应用规范；TCP/IP（传输控制协/网络层协议）、UDP（UserDatagramProtocol对象互换协议）是三种已有的协议，它定义了因特网与网络有关的通讯及其余种类计算机设施和外面设施之间的通讯。蓝牙采纳或共享这些已有的协议去实现与连结因特网的设施通讯，这样，既可提升效率，又可在必然程度上保证蓝牙技术和其余通讯技术的互操作性；OBEX（ObjectExchangeProtocol）是对象互换协议，它支持设施间的数据互换，采纳客户/服务器模式供给与HTTP（超文本传输协议）相同的基本功能。该协议作为一个开放性标准还定义了可用于互换的电子商务卡、个人日程表、信息和条子等格式；WAP（WirelessApplicationProtocol）是无线应用协议，它的目的是要在数字蜂窝电话和其余小型无线设施上实现因特网业务。它支持挪动电话阅读网页、收取电子邮件和其余鉴于因特网的协议。WAE(WirelessApplicationEnvironment)是无线应用环境，它供给用于WAP电话和个人数字助理PDA所需的各样应用软件。蓝牙硬件的实现蓝牙的技术规范除了包含协议部格外还包含蓝牙的应用部分（即应用模型）。在实现蓝牙的时候，一般是将蓝牙分红两部分来考虑，其一是软件实现部分，它位于HCI的上面，包含蓝牙协议栈上层的L2CAP、RFCOMM、SDP和TCS以及蓝牙的一些应用；其二是硬件实现部分，它位于HCI的下边，亦即上边提到的基层硬件模块，它已在图1中标示出。下边讨论蓝牙硬件模块的构造与性能。蓝牙硬件模块由蓝牙协议栈的无线收发器（RF）、其带控制器（BB）和链路管理层（LMP）构成。当前大部分生产厂家都是利用片上系统技术SOC（System-On-Chip）将这三层功能模块集嵌在同一块芯片上。图2为单芯片蓝牙硬件模块构造图。它由微办理器（CPU）、无线收发器（RF）、基带控制器（BB）、静态随机储蓄器（SRAM）、闪存（Flash程序储蓄器）、通用异步收发器（UAST）、通用串行接口（USB）、语音编/解码器（CODEC）及蓝牙测试模块构成。下边分别表达各部分的构成及功能。（1）蓝牙基带控制器蓝牙基带控制器是蓝牙硬件模块的重点模块。它主要由链路控制序列发生器、可编程程序列发生器、内部语音办理器、共享RAM裁器及准时链管理、加密/解密办理等功能单元构成。其主要功能：在微办理器模块控制下，实现蓝牙基带部分的所及时办理功能，包括负责对接收bit流进行符号准时提取的恢复；分组头及净荷的循环沉余度校验（CRC）；分组头及净荷的前向纠错码（FEC）办理和发送办理；加密和解密办理等。且能供给从基带控制器到其余芯片的接口（诸如数据路径RAM客户接口、微办理器接口、脉码调制接口（PCM）等。（2）无线收发器模块无线收发器是蓝牙设施的核心，任何蓝牙设施都要有无线收发器。它与用于广播的一般无线收发器的不一样样之处在于体积小、功率小（当前生产的蓝牙无线收发器的最大输出功率只有100mW、2.5mW、1mW三种）。它由锁相环、发送模块和接收模块等构成。发送部分包含一个倍频器，且直接使用压控振荡器调制（VCO）；接收部分包含混频器、中频器放大器、鉴频器以及低噪音放大器等。无线收发器的主要功能是调制/解调、帧准时恢复和跳频功能同时达成发送和接收操作。发送操作包含载波的产生、载波调制、功率控制及自动增益控制AGC；接收操作包含频次调谐至正确的载波频次及信号强度控制等。（3）微办理器（CPU）CPU负责蓝牙比特流调制和解调所的全部比特级办理，且还负责控制收发器和专用的语言编码和解码器。（4）Flash储蓄器和SRAMFlash储蓄器用于寄存基带和链路管理层中的全部软件部分。SRAM作为CPU的运行空间，在作时把Flash中的软件调用SRAM中。（5）语音编/解码器CODEC（CoderDecoder）语音编/解码器CODEC由ADC（数模变换器）、模数变换口（ADC）、数字接口、编码模块等构成。主要功能：供给语音编码和解码功能，供给CVSD（ContinuousVariableSlopeDeltaModulation）即连续可变斜率增量调制及对数PCM（PulseCodedModulation）即脉码调制两种编码方式。（6）蓝牙测试模块它是由DUT（DeviceUnderTest）即被测试模块与测试设施及计量设施构成。一般测试设施被测试设施构成一个轻轻网，测试设施是主节点，DUT是从节点。测试设施对整个测试过程进行控制，其主要功能供给无线层和基带层的认证和一致性规范，同时还管理产品的生产和售后测试。（7）UART

（UniversalAsynchronousKeceiverTransunitter）通用异步收发器和

USB（UniversalSerialBus

）通用串行接口。功能：供给到HCI（HostConfrollerInterface）即主机控制器接口授输层的物理连结，是高层与物理模块进行通讯的通道。3TR0700单芯片介绍RT0700单芯片是Transilica企业的蓝牙产品，其构造如图3所示。它把无线收发器与基带都集成到一块CMOS芯片上，代替传统的串行语音和通用串行接口电缆，为语音和数据业务供给无线连结。3.1构造及工作原理RT0700单芯片由收发器、基带、语音编/解码器（CODEC）、带有4个可配置的8bit接口的8051微办理器、两个串行口双高性能的通用异步收发器（UART）、4KB的静态随机储蓄器（SRAM）、64KB的Flash程序储蓄器等构成。收发器由低噪放大器（LNA）、电平控制器（PA）、混频器、鉴频器、控制寄存器、发送滤波器、振荡器等构成。其工作原理是：来自接收天线上的信号经低噪放大器（LNA）放大后，送至多级滤波器，多级滤波器拥有预选择功能，它把LAN的输出信号限制在2.4GHz的ISM频段内，去除负频次成分，输出合适进行下变频办理的信号。I、Q混频器把蓝牙频段的信号移频至低中频（IF）传输的调制信号。复合滤波器负责从下变频信号中滤除无用信号和噪声。鉴频器使用过采样技术从IF信号中拿出蓝牙低调制指数信号；发送器由发送滤波器、频次合成器、功率放大器、振荡器、天线等构成。其工作原理是：发送滤波器是一个高斯数字滤波器，它对发送环Tx输入的数据进行数字过滤；振荡器的功能是驱动一个外面的晶体振荡器或许接受一个外面的时钟信号，向频次合成器供给一个低噪声的参照频次。功率放大器的主要功能是对频次合成器的输出功率放大到1mW左右，且对频次合成器起缓冲作用，减少负载变化对合成器的影响；发送天线：当使用差分输入的LNA时，它能够是一个低噪声的均衡双极天线；8051微办理器是一个8位的微办理器，它的主要功能是管理和实现蓝牙协议栈。它拥有一加强的指令集、二级数据指针、扩展的SRAM和双UART。在TR0700中对一些重复性的操作诸如分组的组装和拆解、加密、地点编码/解码、纠错和同步等都由硬件来实现，这样能降低办理器的开支，有效地提升响应性能。TR0700除了8051微办理器自己所带有的一些特别功能寄存器（SFR）外，还定义了一些新的特别功能寄存器（SFR），它还引入了一些特其余中止，如一个带有特别保护的外面中止INT3等。RT0700的基带操作有三种模式可供选择：数据/地点、端口、测试。3.2基本功能及应用TR0700单芯片的基本功能是：拥有10m的传输距离及1Mbps的数据速率；支持79跳系统及支持点到点、点到多点连结，既能够是主节点又能够是从节点；支持GAP、TCS、手机、intercom剖面和串行口等；支持Hold、Sniff和Park功率节俭模式；对LC、LM、L2CAP、SDP、RECOMM等蓝牙协议栈能圆满实现；关于SCO链路支持HV1、HV2、HV3数据分组；关于ACL分组支持DM1、DM3、DM5、HD1、HD3、HD5和AUX1数据分组；拥有用于测试和Flash内存升级的JTAG接口。TR0700单芯片的主要应用有：用于电信方面的峰房和无绳电