蓝牙协议栈的原理和应用设计(1)(2)

2 核心蓝牙协议栈硬件电路结构

底层模块是蓝牙技术核心模块,主要由射频(RF)单元电路、基带层(base band)电路和链路管理层(LMP,Link Manger Protocol)电路组成.

(1)射频(RF)单元

RF单元电路为蓝牙技术提供了通信中物理层,也叫作蓝牙收发器.通过2.4GHz 微波,实现数据流过滤和传输.蓝牙协议提供了有关蓝牙收发器各项技术指标.

(2)基带层电路

基带层提供了基带数字信号处理硬件,其功能是提供链路控制,因此也叫作基带及链路控制层电路.通过基带层电路,可以建立蓝牙通信网络中物理链路,从而形成微微网(piconet).基带层中有两种物理链路,一种是面向连接同步链路(SCO),另一种是异步无连接链路(ACL).此外,基带层还可为语音和数据分组提供不同水平前向纠错(FEC)或循环冗余度校验(CRC)处理,并可对数据进行加密.同时,基带层电路还为不同类型数据(包括传输信息数据、链路管理和控制信息)提供特定信道.

(3)链路管理层(LMP)电路

链路管理层电路也叫作链路管理器电路,功能是提供链路管理通信协议.链路管理协议用来对链路进行设置和控制,并负责建立和撤销各蓝牙设备间连接、功率控制以及认证和加密,同时还控制蓝牙设备工作状态(保持hold 、休眠park 、呼吸sniff 和活动active ).链路管理层主要功能由软件完成,链路管理器电路提供运行于蓝牙设备处理器中软件.链路管理器之间通信协议称为链路管理协议(LMP).

蓝牙技术整体框架以HCI(Host Controller Interface)为界,区分为硬件模块以及上层软件协议两部分.

蓝牙技术标准中,选择了USB、UART 或是RS232 作为硬件模块与主机间接口.当蓝牙模块以USB、UART或RS232中任何一个接口与主机连接时,HCI 接口上层通信协议由主机负责处理,而HCI 接口下层通信协议则由模块内基带层芯片与RF 芯片负责.

根据蓝牙标准,蓝牙系统基本组成包括天线、收发器、基带控制器.由此可知,在天线、RF收法器和基带控制器支持下,蓝牙系统组成可以十分灵活,即可实现多种不同实现方案.

嵌入式蓝牙系统是将RF和基带部分集成在一块芯片上,单芯片蓝牙硬件模块结构如图2所示.在嵌入式蓝牙器件中,硬件结构可分为链路管理器、链路控制器与RF模块3部分,负责处理LMP层、基带层与RF层协议.链路管理器内包含处理器(CPU)、内存等组件.链路管理器与基带层芯片合称为链路控制器.RF模块内含RF射频发射组件,与主机相连接接口位于链路控制器上.

在嵌入式方案中,蓝牙协议上层软件协议也全部固化在芯片中,芯片通过USB或UART接口与应用系统相连接.由于片内嵌入了CPU,所以,嵌入式蓝牙系统实际上是一个智能终端,适合于任何具有CPU器件系统.例如,智能传感器中,只要增加一个单芯片蓝牙器件,就可以组成一个以蓝牙为通信方式传感器.

由图2可知,它由微处理器(CPU)、无线收发器(RF)、基带控制器(BB)、闪存(Flash程序存储器)、通用异步收发器UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)、通用串行接口USB(Universal Serial Bus)及蓝牙测试模块组成.其中蓝牙基带控制器是蓝牙硬件模块关键模块.其主要功能是在微处理器控制下,实现蓝牙基带部分所有实时处理功能,包括负责对接收bit流进行符号定时提取和恢复;分组头及净荷循环冗余度校验(CRC),分组头及净荷前向纠错码FEC处理,加密和解密处理等,且能提供从基带控制器到其它芯片接口等.CPU一般采用RISC结构嵌入式微处理器,如ARM7TDMI微处理器,才能足对蓝牙核心协议高速处理和大量数据bit流处理.Flash存储器用于存放基带和链路管理层中所有协议软件.SRAM作为CPU 运行空间,在工作时把Flash中软件调入SRAM中处理.射频收发器负责接收或发送高频通信信号.UART和USB接口提供到HCI主机控制器接口传输层物理连接,是上层协议与蓝牙硬件模块进行通信通道.蓝牙测试模块主要提供无线层和基带层认证和一致性规范,同时还管理产品生产和售后测试,为可选模块.