基于USB主機(jī)和ZigBee的無(wú)線音響系統(tǒng) (二)
4 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202180.htm4.1 USB 協(xié)議
USB 設(shè)備就是能夠通過(guò)USB 來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)一定功能的實(shí)體。每個(gè)USB 設(shè)備都具有表明自身能力和所需資源的描述符。在設(shè)備第一次連接到主機(jī)上之后,首先要接受主機(jī)枚舉,提供描述符。在得到主機(jī)的允許之后,設(shè)備就可以分得的USB 帶寬,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。
系統(tǒng)通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)線上的電平變化檢測(cè)到USB設(shè)備的接入與移出,接著主機(jī)和外設(shè)就按照事先約定的順序執(zhí)行一系列的信息交換,也就是主機(jī)復(fù)位設(shè)備->主機(jī)給設(shè)備供電->設(shè)備通過(guò)缺省的地址0 與主機(jī)通信->主機(jī)給設(shè)備分配地址->主機(jī)請(qǐng)求設(shè)備的一系列功能和設(shè)備描述符…,因此,在程序中,通過(guò)順序的編程和中斷的調(diào)度,就可以完成主機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的USB 活動(dòng)。以上是主機(jī)軟件的第一部分,主要實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的配置,讀取外設(shè)的信息,從而判斷該設(shè)備屬于USB 的哪一類,并確定下一步選用哪個(gè)特定的程序加以支持。
單片機(jī)系統(tǒng)中,限于系統(tǒng)的性能和要求,只需要支持某幾個(gè)特定的類就可以了。本系統(tǒng)是一個(gè)在USBFlash 存儲(chǔ)器中的應(yīng)用,這個(gè)USB 主機(jī)需要支持的就是USB 的Mass Storage 類,那么程序就要實(shí)現(xiàn)USB的Mass Storage 類所規(guī)定的各種命令。主機(jī)的程序流程如圖4 所示。
圖4 USB 主機(jī)的軟件流程。
整個(gè)主機(jī)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)主要可以分為以下三點(diǎn):
?、賳纹瑱C(jī)與接口芯片通信的實(shí)現(xiàn)。②主機(jī)最底層數(shù)據(jù)包發(fā)送的實(shí)現(xiàn)。③請(qǐng)求命令的實(shí)現(xiàn)。1,2,3,層層遞進(jìn),一級(jí)比一級(jí)高級(jí)。
4.2 ZigBee 協(xié)議
ZigBee協(xié)議棧建立在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上,該標(biāo)準(zhǔn)制定了物理層(PHY)和媒體接入控制層(MAC)規(guī)范。ZigBee聯(lián)盟則定義了其上的網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)以及安全服務(wù)規(guī)范。
物理層提供了基本的物理無(wú)線通信能力;MAC層提供設(shè)備間的可靠性授權(quán)和單跳通信連接服務(wù);ZigBee協(xié)議棧的核心部分在網(wǎng)絡(luò)層,主要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)、接收或拋棄其他節(jié)點(diǎn)、路由查找及傳送數(shù)據(jù)等功能;應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)和應(yīng)用對(duì)象。APS提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的接口;ZDO負(fù)責(zé)所有設(shè)備的管理,如初始化設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和建立安全關(guān)系等功能。
ZigBee采用自組織方式組網(wǎng),支持星形網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)和簇狀網(wǎng)等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于在智能家居中多采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 因而本論文主要對(duì)星型拓?fù)溥M(jìn)行組網(wǎng)和測(cè)試。
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
5.1MSP430控制讀取U盤數(shù)據(jù)
當(dāng)設(shè)備連接到USB總線時(shí),固件執(zhí)行USB處理程序,處理程序的流程如下:
?。?)FAT文件系統(tǒng)初始化。
本系統(tǒng)采用的U盤是滿足FAT文件格式的,了解FAT文件系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
FAT文件系統(tǒng)有固定的格式,主要分為主引導(dǎo)扇區(qū)、引導(dǎo)扇區(qū)、文件目錄表和數(shù)據(jù)區(qū)等幾個(gè)部分。MP3文件的內(nèi)容存放在數(shù)據(jù)區(qū),但為了得到數(shù)據(jù)區(qū)的地址,首先要得到主引導(dǎo)區(qū)和引導(dǎo)扇區(qū)的內(nèi)容;文件目錄表中記錄著文件的信息,如文件名稱、類型和簇號(hào)等,可以通過(guò)得到文件目錄表來(lái)判斷分區(qū)中MP3格式文件的數(shù)目和每個(gè)文件的簇號(hào),這些都為正確地定位MP3文件打基礎(chǔ)。
?。?)獲得MP3文件個(gè)數(shù),在這個(gè)程序中僅僅查詢根目錄下MP3格式的文件個(gè)數(shù)。
FAT文件系統(tǒng)的文件目錄表中包含分區(qū)中所存的文件信息,每個(gè)文件的文件目錄表占用32個(gè)字節(jié)空間,該空間的第9、10、11位為文件的擴(kuò)展名,可以把每個(gè)文件的擴(kuò)展名和MP3格式文件的擴(kuò)展名相比,進(jìn)而得到總的MP3格式文件個(gè)數(shù)。
?。?)通過(guò)文件目錄表找到MP3文件所在的簇號(hào)之后就可以得到文件的物理地址,進(jìn)而讀取MP3文件的幀頭并獲得該文件的信息。MP3文件由三部分組成,首先是ID3V2,然后是數(shù)據(jù)幀,最后為ID3V1,數(shù)據(jù)幀的幀頭包含MP3的采樣率信息,將這些信息通過(guò)無(wú)線方式傳送到接收端,進(jìn)而對(duì)解碼器和接口模塊進(jìn)行配置,這樣就可以讀取文件了。
5.2 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)能浖O(shè)計(jì)
ZigBee 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)由三種節(jié)點(diǎn)組成:協(xié)調(diào)器(ZC)、路由器(ZR)和終端設(shè)備(ZD)。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn),在本文中即為ZigBee 主節(jié)點(diǎn);路由器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息幀的路由;終端設(shè)備連接解碼器,實(shí)現(xiàn)音頻輸出。
網(wǎng)絡(luò)組建過(guò)程主要包括以下三個(gè)過(guò)程:
?。?)網(wǎng)絡(luò)初始化過(guò)程:節(jié)點(diǎn)初始化后, 掃描信道檢查網(wǎng)絡(luò)是否存在;(2)主節(jié)點(diǎn)配置網(wǎng)絡(luò)過(guò)程:產(chǎn)生協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),開(kāi)始配置網(wǎng)絡(luò);(3)從節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)過(guò)程:終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加人協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或路由節(jié)點(diǎn)。
網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器啟動(dòng)后,其它普通節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí),只要將自己的信道設(shè)置成與現(xiàn)有的協(xié)調(diào)器使用的信道相同,并提供正確的認(rèn)證信息,即可請(qǐng)求加入網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)若成功地接收一個(gè)子節(jié)點(diǎn),或者子節(jié)點(diǎn)成功脫離網(wǎng)絡(luò),都必須向協(xié)調(diào)器匯報(bào)[8].圖5 是節(jié)點(diǎn)加入及脫離網(wǎng)絡(luò)握手示意圖。
圖5 節(jié)點(diǎn)及脫離網(wǎng)絡(luò)握手示意圖。
5.3 音頻解碼部分的軟件說(shuō)明
?。?)MP3播放器初始化處理子函數(shù)。
初始化程序完成對(duì)VS1003的PLL、MP3解碼器和AUDIO接口初始化,設(shè)定控制器的時(shí)鐘和采樣率,開(kāi)啟MP3中斷等工作。
(2)MP3播放子程序。
找到MP3文件并且配置完MP3解碼器和AUDIO接口后,就可以播放MP3了。播放MP3的過(guò)程就是按照MP3解碼器的請(qǐng)求,把接收到的MP3數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇獯a器的輸入緩沖區(qū)的過(guò)程。
6 結(jié)語(yǔ)
本設(shè)計(jì)借助嵌入式USB 主機(jī)和ZigBee 無(wú)線通信技術(shù),為家用音響系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種靈活、方便的無(wú)線解決方案,該系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和實(shí)用價(jià)值。相信隨著智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和ZigBee 無(wú)線通訊技術(shù)的不斷完善,ZigBee 技術(shù)將越來(lái)越好地融合在智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn):將嵌入式USB 主機(jī)和ZigBee 技術(shù)創(chuàng)新性地應(yīng)用于家用無(wú)線音響系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了音頻數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳輸,實(shí)驗(yàn)證明,系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,方便擴(kuò)展,價(jià)格低廉,是一種有效的解決方案。
評(píng)論