藍芽（bluetooth）協議標準是由藍芽特別興趣小組（bluetooth sig）發布的，2023年發布了bluetooth 1.0版， 2023年2月發布了bluetooth1.1版。目前sig成員已經發展到3000家左右。藍芽協議規定的無線通訊標準，基於免申請的2.4ghz的 ism頻段，採用gfsk跳頻技術和時分雙工（tdd）技術，通訊距離為10公尺左右，blue tooth 1.0版標準規定的資料傳輸速率為 1mbps。主要適用於各種短距離的無線裝置互連應用場合。可以提供點到點或點到多點的無線連線。
1 基於電纜替代的藍芽協議簡析
1.1 藍芽協議體系
藍芽協議規範所措述的協議棧模式如圖1所示。
藍芽體系結構中的協議可分為四層：
核心協議：基帶控制協議（baseband）、鏈路管理協議（lmp）、邏輯鏈路控制應用協議（l2cap）、服務發現協議（sdp）；
電纜替代協議：rfcomm；
**傳送控制協議：tcs二進位制、at命令集；
可選協議：ppp、udp/tcp/ip、obex、wap、vcard、vcal、irmc、wae。
在協議中，規定了為基帶控制器、lmp、硬體狀態及控制暫存器提供命令介面的主機控制器介面（hci）。在不同的應用模式下，hci所處的位置不同。它可以位於l2cap的下面，也可以在l2cap之上。
1.2 電纜替代協議應用模式
基於etsi標準的ts07.10信令的rfcomm協議，提供了乙個基於l2cap協議之上的串列埠**應用模式。藍芽協議1.0版中，rfcomm提供的上層服務模式主要有三種：對9針rs-232介面**模式、空modem**模式和多串列埠**模式。典型的rfcomm應用模式框圖如圖2所示。
1.3 藍芽嵌入式應用模式
僅僅以rfcomm協議為基礎，作為串列埠的電纜替代應用，無形中限制了藍芽裝置的應用範圍，降低了藍芽裝置的應用價值。目前計算機與外部裝置的介面種類繁多，比較常見的有rs-232、rs-485、parallel port、can匯流排、spi匯流排、i2c匯流排等。如果要使藍芽裝置在各種場合發揮作用，必須使藍芽裝置具備適合這些應用場合的多種介面功能。使用dsp數字訊號處理器作為嵌入式控制器，不僅實現藍芽物理裝置的初始化、藍芽高層協議，而且利用其介面靈活的特點，可以方便地對藍芽電纜替代協議進行有效擴充套件。具體應用模式如圖3所示。
2 系統硬體結構
本系統的構成在硬體上分為兩個部分，藍芽基帶和射頻部分採用愛立信（ericsson）公司提供的藍芽模組rok101007；嵌入式控制器採用美國ti公司的tms320vc54x系列的dsp數字訊號處理器。
2.1 ericsson藍芽模組
rok101007 是根據藍芽規範1.0版（bluetooth 1.0b version）而設計的短距離藍芽通訊模組，它包括三個主上部分：基帶控制晶元、flash儲存器和radio晶元。它工作在2.4ghz～2.5ghz的ism頻段，支援聲音和資料的傳輸，其主上功能引數有：
bluetooth 1.0b預認證；
2級rf射頻功率輸出；
提供fcc和etsi糾錯處理；
最大460 kb/s uart資料傳輸速率；
提供uart、usb、pcm、i2c等多種hci介面；
提供內部晶振；
內部預製hci框架；
點到點、點到多點操作；
嵌入式遮蔽保護。
rok101007特別適合計算機及外圍裝置、手持裝置、埠裝置使用。其內含的藍芽協議構架及內部系統框圖如圖4、圖5所示。
2.2 dsp處理器
tms320c54x是16-bit定點dsp，適合無線通訊等實時嵌入式應用的需要。c54x使用了改進的哈佛結構。cpu具有專用硬體算術運算邏輯，大量的片記憶體儲器、增強的片內外設以及高度專業化的指令集，使其具有高度的操作靈活性和執行速度。主要特點如下：
運算速度快：指令週期為25/20/15/12.5/10ns，運算能力為40/50/66/80/100mips；
優化的cpu結構：內含1個40位的算術運算邏輯單元，2個40位的累加器，2個40位的加法器，1個17×17的硬體乘法器和1個40位的桶形移位器。有4條內部匯流排和2個位址產生器等。先進的cpu優化結構可以使dsp高效地實現無線通訊系統中的各種功能。
低功耗方式：54x系列dsp可以在3.3v或2.7v電壓下工作，而有些dsp核心採用1.8v電壓工作以減小功耗。
智慧型外設：除了標準的序列口和分時復用（tdm）串列埠外，54x還提供了多路緩衝串列埠（mcbsp）和外部處理器通訊的hpi並行介面。
2.3 系統構成
本系統中，採用單5v電源供電，嵌入式系統控制器與藍芽模組之間的hci介面採用uart方式。整個系統分為四個部分：發射機、嵌入式控制器、電源管理、介面邏輯。
（1）發射機由藍芽模組rok101007和阻抗為50ω的天線構成。初始化階段，模組接收控制器通過uart傳送的hci命令，實現藍芽裝置的復位、啟動、位址查詢、跳頻演算法、自動尋呼等初始化操作，與附近的藍芽裝置建立可靠的物理鏈路，並對物理鏈路進行相應的加密。在資料傳送階段，接收控制器（hci驅動模組）送來的hci資料報，經過模組中hci韌體（hci firmwire）轉化為基帶資料報並送給基帶協議層（baseband）處理，基帶對上層送來的資料進行解碼，將其變為可以傳送的位資料流，按照設定的跳頻演算法，採用高斯頻移鍵控（gfsk）編碼方式通過天線送出去。接收資料時，以相反的過程將接收到的資料進行編碼，組合成hci資料報格式並通過uart口送給控制器。具體的收發執行過程可以參考rok101007資料及應用手冊以及藍芽協議相關部分。
（2）嵌入式控制器由ti的定點數字訊號處理器tms320c54x、flash memory、sram組成，完成對藍芽模組的初始化、資料傳送、協議實現等功能。
（4）電源管理。系統通過單5v電源供電，可以簡單地從主裝置介面中獲取電源，無須另加電源器件。電源管理模組採用ti專用電路，提供兩路電壓輸出，+3.3v工作電壓和+1.8v控制器核心工作電壓。
3 系統軟體設計
系統採用ti提供的dsp5000系列專用整合開發工具ccs1.2開發。系統軟體構成包括應用埠通訊及協議模組、l2cap協議模組、hci介面驅動模組、hpi通訊模組和flash程式設計模組。主要任務可分為：系統初始化、flash程式設計、建立物理鏈路、資料傳送和接收等。
由於藍芽模組本身具有線路加密功能，因此在本系統設計中沒有考慮軟體加密功能。在實際的設計和應用過程中，可以視其實際應用環境和系統處理速度而新增軟體加密模組。由於跳頻通訊本身具有高抗干擾性的特點，本嵌入式藍芽應用系統不僅可以應用於各種終端裝置和手持裝置間的中低速無線資料交換，而且可廣泛地應用於各種工業裝置、軍事裝備的檢測和控制領域。
2008-11-01
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