基于DSP的Bluetooth嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

藍(lán)牙（Bluetooth）協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是由藍(lán)牙特別興趣小組（Bluetooth SIG）發(fā)布的，1999年發(fā)布了Bluetooth 1.0版， 2001年2月發(fā)布了Bluetooth1.1版。目前SIG成員已經(jīng)發(fā)展到3000家左右。藍(lán)牙協(xié)議規(guī)定的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，基于免申請的2.4GHz的 ISM頻段，采用GFSK跳頻技術(shù)和時(shí)分雙工（TDD）技術(shù)，通信距離為10米左右，Blue tooth 1.0版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為 1Mbps。主要適用于各種短距離的無線設(shè)備互連應(yīng)用場合?？梢蕴峁c(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的無線連接。

1 基于電纜替代的藍(lán)牙協(xié)議簡析

1.1 藍(lán)牙協(xié)議體系

藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范所措述的協(xié)議棧模式如圖1所示。

      

藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu)中的協(xié)議可分為四層：

核心協(xié)議：基帶控制協(xié)議（Baseband）、鏈路管理協(xié)議（LMP）、邏輯鏈路控制應(yīng)用協(xié)議（L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）；

電纜替代協(xié)議：RFCOMM；

電話傳送控制協(xié)議：TCS二進(jìn)制、AT命令集；

可選協(xié)議：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE。

在協(xié)議中，規(guī)定了為基帶控制器、LMP、硬件狀態(tài)及控制寄存器提供命令接口的主機(jī)控制器接口（HCI）。在不同的應(yīng)用模式下，HCI所處的位置不同。它可以位于L2CAP的下面，也可以在L2CAP之上。

1.2 電纜替代協(xié)議應(yīng)用模式

基于ETSI標(biāo)準(zhǔn)的TS07.10信令的RFCOMM協(xié)議，提供了一個(gè)基于L2CAP協(xié)議之上的串口仿真應(yīng)用模式。藍(lán)牙協(xié)議1.0版中，RFCOMM提供的上層服務(wù)模式主要有三種：對9針RS-232接口仿真模式、空Modem仿真模式和多串口仿真模式。典型的RFCOMM應(yīng)用模式框圖如圖2所示。

        

1.3 藍(lán)牙嵌入式應(yīng)用模式

僅僅以RFCOMM協(xié)議為基礎(chǔ)，作為串口的電纜替代應(yīng)用，無形中限制了藍(lán)牙設(shè)備的應(yīng)用范圍，降低了藍(lán)牙設(shè)備的應(yīng)用價(jià)值。目前計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的接口種類繁多，比較常見的有RS-232、RS-485、Parallel Port、CAN總線、SPI總線、I2C總線等。如果要使藍(lán)牙設(shè)備在各種場合發(fā)揮作用，必須使藍(lán)牙設(shè)備具備適合這些應(yīng)用場合的多種接口功能。使用DSP數(shù)字信號(hào)處理器作為嵌入式控制器，不僅實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙物理設(shè)備的初始化、藍(lán)牙高層協(xié)議，而且利用其接口靈活的特點(diǎn)，可以方便地對藍(lán)牙電纜替代協(xié)議進(jìn)行有效擴(kuò)展。具體應(yīng)用模式如圖3所示。

     

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的構(gòu)成在硬件上分為兩個(gè)部分，藍(lán)牙基帶和射頻部分采用愛立信（ERICSSON）公司提供的藍(lán)牙模塊ROK101007；嵌入式控制器采用美國TI公司的TMS320VC54X系列的DSP數(shù)字信號(hào)處理器。

2.1 ERICSSON藍(lán)牙模塊

ROK101007 是根據(jù)藍(lán)牙規(guī)范1.0版（Bluetooth 1.0B Version）而設(shè)計(jì)的短距離藍(lán)牙通信模塊，它包括三個(gè)主上部分：基帶控制芯片、Flash存儲(chǔ)器和Radio芯片。它工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM頻段，支持聲音和數(shù)據(jù)的傳輸，其主上功能參數(shù)有：

Bluetooth 1.0B預(yù)認(rèn)證；

2級(jí)RF射頻功率輸出；

提供FCC和ETSI糾錯(cuò)處理；

最大460 KB/s UART數(shù)據(jù)傳輸速率；

提供UART、USB、PCM、I2C等多種HCI接口；

提供內(nèi)部晶振；

內(nèi)部預(yù)制HCI框架；

點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)操作；

嵌入式屏蔽保護(hù)。 

ROK101007特別適合計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備、手持設(shè)備、端口設(shè)備使用。其內(nèi)含的藍(lán)牙協(xié)議構(gòu)架及內(nèi)部系統(tǒng)框圖如圖4、圖5所示。

                               

2.2 DSP處理器

TMS320C54X是16-bit定點(diǎn)DSP，適合無線通信等實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用的需要。C54x使用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。CPU具有專用硬件算術(shù)運(yùn)算邏輯，大量的片內(nèi)存儲(chǔ)器、增強(qiáng)的片內(nèi)外設(shè)以及高度專業(yè)化的指令集，使其具有高度的操作靈活性和運(yùn)行速度。主要特點(diǎn)如下：

運(yùn)算速度快：指令周期為25/20/15/12.5/10ns，運(yùn)算能力為40/50/66/80/100MIPS；

優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)：內(nèi)含1個(gè)40位的算術(shù)運(yùn)算邏輯單元，2個(gè)40位的累加器，2個(gè)40位的加法器，1個(gè)17