【正文】 .......................................... 18 藍牙適配器驅(qū)動程序接口函數(shù)的調(diào)用 .......................................................... 18 驅(qū)動程序流程圖的編寫 .................................................................................. 19 4 基于 PDA 的工業(yè)現(xiàn)場藍牙通信系統(tǒng)設(shè)計 ........................................................................ 19 PDA 上應(yīng)用程序的安裝和調(diào)試 ................................................................................ 19 工業(yè)現(xiàn)場藍牙系統(tǒng)的整體調(diào)試與應(yīng)用設(shè)想 ............................................................ 21 基于 PDA 的藍牙通信程序設(shè)計 —— 軟件設(shè)計 4 結(jié)束語 ...................................................................................................................................... 22 參考文獻 .................................................................................................................................. 23 附錄 .......................................................................................................................................... 24 致 謝 ........................................................................................................................................ 40 基于 PDA 的藍牙通信程序設(shè)計 —— 軟件設(shè)計 1 1 引言 課題的背景及意義 PDA 是 Personal Digital Assistant（個人數(shù)字助理）的縮寫，是近來繼傳呼機、手機之后，迅速崛起的新興電子消費性產(chǎn)品，即智能電腦工具，就其擴展意義上來講，它是供人們溝通、連接和互動的移動數(shù)字設(shè)備，集計算、電話、傳真和網(wǎng)絡(luò)等多種功能于一身，尤為重要的是，這些功能都可以通過無線方式實現(xiàn)。通常，狹義的 PDA 是指電子記事本、電子詞典等；廣義的 PDA 則主要指掌上電腦、手持電腦和智能手機，也包括其他類似功能的小型數(shù)字化設(shè)備。目前， PDA 從最初的實用型轉(zhuǎn)向時尚型，開始向電腦、手持設(shè)備靠近。 “關(guān)于未來的 PDA，加州柏克利大學(xué)的 Info Pad 計劃是個不錯的例子：這個設(shè)備使用無線網(wǎng)絡(luò)，可將資料（包括完整動態(tài)視訊）傳送到一個能量充足的、方便攜式輕薄型客戶端上。客戶端使用的是一般標(biāo)準(zhǔn)電池，觸摸式彩色屏幕，還內(nèi)置手寫與語音識別系統(tǒng)，你的資料將存在一個移動服務(wù)器（為移動設(shè)備提供信息服務(wù)的遠端電腦）中，便攜設(shè)備將一直與你同行，從家里到車上，非常方便，在此基礎(chǔ)上，我們距離可穿戴的 PDA 甚至可嵌入的 PDA 已經(jīng)近在咫尺了，剩下的只是時間問題。 藍牙技術(shù)于 1995 年由愛立信公司提出，這個概念一經(jīng)提出就受到業(yè)界的廣泛接受，并馬上形成了 SIG（藍牙特殊利益集團），這 個利益集團的成員有愛立信、諾基亞、摩托羅位、 3COM、 IBM、 INTEL 等九個成員，這九個成員都是各個行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者 [1]。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展， DCS（ 集中控制分散管理 ） 成了 現(xiàn)代化工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，而將藍牙技術(shù)與 PDA 結(jié)合應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，不但減少了很多不方便的接線，還使數(shù)據(jù)的管理更 加 精確與高效，控制更加集中與快捷。你不必時刻呆在設(shè)備旁邊，只要你在有效的距離內(nèi)帶上 PDA 就能隨時隨地的解決所有問題，而且 不必?fù)?dān)心會有問題遺漏， PDA 會像力控一樣將所有的報警信息按優(yōu)先級排列出來以待你的處理。 無論你是坐在辦公桌旁還是躺在沙 發(fā)上甚至窩在床上，只要你掏出 PDA 就如親臨現(xiàn)場一般，真是一機在手，工作無憂 。 國內(nèi) 外 研究現(xiàn)狀 移動計算是國際上最近五年內(nèi)發(fā)展起來的最新科技，且勢頭迅猛。移動計算使計算機或其他信息設(shè)備在沒有與固定的物理連接設(shè)備相連的情況下能將有用、準(zhǔn)確、及時的信息與中央信息系統(tǒng)相互作用，分擔(dān)其計算壓力，使信息能夠提供給任何時間、任何地點需要它的任何用戶。在硬件方面，全世界已經(jīng)有包括 IBM、 MicroOptical、 Xybernaut在內(nèi)的超過 100 家公司生產(chǎn)與移動計算相關(guān)的產(chǎn)品，如帶 LCD 顯示器的眼鏡、手執(zhí)微型鍵盤、 手執(zhí)鼠標(biāo)、聲控輸入設(shè)備等。在應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方面，美國麻省理工學(xué)院、哥倫比亞大學(xué)和歐洲的瑞士聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院、荷蘭 Delft 技術(shù)大學(xué)等都在醫(yī)學(xué)、工業(yè)等各個移動計算領(lǐng)域進行應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工作。在地理界，美國愛荷華州立大學(xué)和加利福尼亞大基于 PDA 的藍牙通信程序設(shè)計 —— 軟件設(shè)計 2 學(xué)美國地理信息與分析中心（ NCGIA）正在合作為 NASA 和聯(lián)邦統(tǒng)計機構(gòu)進行一項名為 Batutta 的計劃，旨在研制一套專為地學(xué)野外采樣使用的移動作業(yè)系統(tǒng)，包括地理環(huán)境與地理信息系統(tǒng)在無線移動環(huán)境中的集成以及穿戴式計算機、便攜計算機、 PDA 和臺式服務(wù)器的聯(lián)合使用 [2]。 國內(nèi) PDA 產(chǎn)品目前還 只是高級白領(lǐng)的 “游戲機 ”，一方面是由于硬件技術(shù)的不成熟，另一方面是國內(nèi)的嵌入式軟件開發(fā)剛剛興起 不久。但是已經(jīng)有一些公司開發(fā)出一些與地圖密切相關(guān)的軟件產(chǎn)品。如 : 1） 北京靈圖軟件技術(shù)有限公司推出的在移動信息設(shè)備上提供地理信息以及位置信息服務(wù)的 SmartInHand軟件產(chǎn)品。 2)北京慧圖公司新近推出一種可運行于掌上電腦、進行移動制圖和 GIS 應(yīng)用的野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： TopMap CEGenius。 3)北京超圖開發(fā)出地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺 eSuperMap。 4)臺灣 “英瑞得信息 ”公司設(shè)計出支持 GPS 全 球衛(wèi)星定位系統(tǒng)專用軟件 “WalkMap 地圖隨身走 ”。 目前 PDA 主要應(yīng)用于地圖導(dǎo)航領(lǐng)域，而藍牙技術(shù)主要應(yīng)用于手機電腦等電子產(chǎn)品，而在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用還較少。除了國內(nèi)某些醫(yī)藥物流行業(yè)用到 PDA 復(fù)核揀選外 ，其它行業(yè)還沒廣泛的應(yīng)用。不過相信不久的將來 PDA 一定會更加的推廣流行，那時的工業(yè)現(xiàn)場作業(yè)會更加的方便與高效，現(xiàn)場作業(yè)人員也會成為真 正意義上 SOHO 一族。 2 藍牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介 藍牙技術(shù)與藍牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介 藍牙技術(shù)簡介 藍牙技術(shù)是用微波技術(shù)取代傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中錯綜復(fù)雜的連接電纜來實現(xiàn)家庭或辦公場中的電 話、便攜式計算機、打印機、復(fù)印機以及其它外設(shè)之間的互連互通的一種新型通訊解決方案。利用這一方案可實現(xiàn)點對點對多點的通訊傳輸 ,并把設(shè)計人員從無數(shù)錯綜復(fù)雜的電纜連接中解放出來 ,從而可以方便地設(shè)計自己的個人網(wǎng)絡(luò)。有了藍牙技術(shù) ,人們甚至不用掏出自己的移動電話 ,就可以用 PDA（個人數(shù)字助理）通過口袋中的移動電話來查詢新聞、預(yù)定機票以及進行其它電子商務(wù)活動。 藍牙技術(shù)是一種取代數(shù)據(jù)電纜的短距離無線通信技術(shù) ,能完成點對點對多點的無線難。可以用藍牙無線通信技術(shù)將家庭或辦公室中的各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備取成一個PICONET 網(wǎng)（也 叫作微微網(wǎng)）。而且可以將幾個 PICONET 網(wǎng)進一步互連 ,組成一個更大的分布式網(wǎng)絡(luò)（也叫作 SCATTERNET 網(wǎng)） ,以在各個設(shè)備之間進行快速方便的通信聯(lián)系。 藍牙技術(shù)的工作頻段為全球開放的 （工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻段 ,該頻段基于 PDA 的藍牙通信程序設(shè)計 —— 軟件設(shè)計 3 能夠保證人們在施行時可以毫無障礙且方便可靠地合作藍牙設(shè)備。 由于采用擴頻技術(shù)，發(fā)射功率可增加到 100mW。 但是 ,由于 ISM 頻段對所有無線電都開放 ,汽車、微波爐以及其它高頻微波設(shè)備都有可能成為藍牙技術(shù)不可預(yù)測的干擾源 ,因此 ,一般的藍牙技術(shù)方案都特別設(shè)計了快速確認(rèn)和調(diào)頻方案來確保通 信的穩(wěn)定連接和數(shù)據(jù)的可靠保密。在目前公布的 Bluetooth 藍牙技術(shù)規(guī)范中 ,數(shù)據(jù)的最大傳出速率為 721kbit/s， 系統(tǒng)的最大跳頻速率為 1600 跳 /秒，在 到 之間，采用 79 個 1MHz 帶寬的頻點。采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。 通信距離為 10 米。如果加大發(fā)射功率 ,其通信距離可加大到 100 米左右 [3]。 藍牙協(xié)議 （ HCI） 介紹 藍牙 SIG 開發(fā)了藍牙協(xié)議規(guī)范 , 已發(fā)布版本包括 , 和 。藍牙協(xié)議規(guī)范允許開發(fā)人員開發(fā)基于可互 操作的無線模塊和數(shù)據(jù)通信協(xié)議的交互式服務(wù)和應(yīng)用 , 目的是使符合該規(guī)范的各種應(yīng)用之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作。藍牙協(xié)議棧 體系結(jié)構(gòu) 如圖 1 所示。 圖 1 藍牙協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)圖 互操作的遠端設(shè)備需要使用相同的協(xié)議棧 , 不同的應(yīng)用需要不同的協(xié)議棧 , 但是 , 所有的應(yīng)用都要使用藍牙協(xié)議規(guī)范中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。協(xié)議棧各層都是相對分離的實體 , 通過回調(diào)表將精心設(shè)計好的接口暴露給上下層 ,除此之外協(xié)議棧內(nèi)的各部分沒有任何交互關(guān)系 , 每一層都是可替換的。 藍牙 標(biāo)準(zhǔn)由兩個文件組成。一個是核心部分（ FoundationCore），它規(guī)定的是設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。另一個叫協(xié)議子集部分（ FoundationProfile），它規(guī)定的是運作性準(zhǔn)則。藍牙協(xié)基于 PDA 的藍牙通信程序設(shè)計 —— 軟件設(shè)計 4 議可以分為 4 層，即核心協(xié)議層、電纜替代協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其它協(xié)議層。由于篇幅的限制， 本文只 介紹核心協(xié)議。藍牙的核心協(xié)議包括基帶（ baseband）、鏈路管理（ LMP）、邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議（ SDP）等四部分。 基帶層：藍牙采用跳 頻擴頻技術(shù)，每秒 1600 跳，從時間域看即每個時隙長度是625μs，即每個時隙從 79 個信道中選擇一個。藍牙既支持電路型數(shù)據(jù)，也支持分組型數(shù)據(jù)；既支持點對點 連接，也支持點對多點連接。在一個微微網(wǎng)絡(luò)（ Pieco）中，一個單元作為主節(jié)點，其他作為從節(jié)點，最多可以有 7 個從節(jié)點；但是允許有更多從節(jié)點與主節(jié)點保持在 Park 狀態(tài)。從節(jié)點對信道的接入由主節(jié)點控制。微微網(wǎng)絡(luò)在覆蓋上可以有重疊：每個網(wǎng)絡(luò)有各自的跳頻方案，一個網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點可以同時作為另一個網(wǎng)絡(luò)的從節(jié)點；一個從節(jié)點可以屬于多個網(wǎng)絡(luò)。主節(jié)點向從節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)只能占用偶時隙，反之從節(jié)點只能在奇時隙才能向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。一個分組（ Packet，實際上更習(xí)慣的說法是幀，因為在基帶層其地位類似于 OSI 的第 2 層、部分 涉及物理層，分組的確切用法在第 3 層，但是藍牙基帶層規(guī)范中采用 Packet 術(shù)語）的傳送最多可以占用 5 個時隙，在一個分組的傳送期內(nèi)，維持初始時隙所占用的信道而不再跳頻 [4]。 鏈路管理（ LMP）負(fù)責(zé)藍牙組件間連接的建立。通過連接的發(fā)起、交換、核實，進行身份鑒權(quán)和加密等安全方面的任務(wù)；通過協(xié)商確定基帶數(shù)據(jù)分組大?。凰€控制無線單元的電源模式和工作周期，以及微微網(wǎng)內(nèi)藍牙組件的連接狀態(tài)。 邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議（ L2CAP）位于基帶協(xié)議層之上，屬于數(shù)據(jù)鏈路層，是一個為高層傳輸和應(yīng)用層協(xié)議屏蔽基帶協(xié)議的適配協(xié)議。其 完成數(shù)據(jù)的拆裝、基帶與高協(xié)議間的適配，并通過協(xié)議復(fù)用、分用及重組操作為高層提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和分類提取，它允許高層協(xié)議和應(yīng)用接收或發(fā)送長過 64K 字節(jié)的 L2CAP 數(shù)據(jù)包。 業(yè)務(wù)搜尋協(xié)議（ SDP）是極其重要的部分，它是所使用模式的基礎(chǔ)。通過 SDH，可以查詢設(shè)備信息、業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)特征，并在查詢之后建立兩個或多個藍牙設(shè)備間的連接。SDP 支持 3 種查詢方式：按業(yè)務(wù)類別搜尋、按業(yè)務(wù)屬性搜尋和業(yè)務(wù)瀏覽（ browsing）。 藍牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介 MT1020 基帶控制器和 PH2401 無線收發(fā)器分別由 MITEL 公司和 PHILSAR 公司提供 ,兩者配合可構(gòu)成完整的低功耗的藍牙模塊 ,提供高至 HCI（主機控制接口）層的功能。它們在藍牙系統(tǒng)中的位置如圖 2 所示。 MT1020 基帶控制器負(fù)責(zé)藍牙基帶部分的功能 ,完成基帶以及鏈路的管理 ,包括對 SCO（同步）和 ACL（異步）連接方式的支持、差錯控制、物理層的認(rèn)證與加密、鏈路管理等 。PH2401 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線接收和發(fā)送 。虛線以上部分由用戶根據(jù)不同的應(yīng)用需求來實現(xiàn)，分為用戶主機端和用戶 PDA 端。特別值得一提的是 ,在該藍牙模塊解決方案中 ,即將推出的改進型基帶控制器 MT1020B 可提供 20K的用戶 ROM,使用戶可以利用其內(nèi)嵌的低功耗、高性能的 32 位 ARM7TDMI 內(nèi)核 ,從而簡化用戶設(shè)計 ,實現(xiàn)最低楞耗、最高集成度的藍牙產(chǎn)品。 基于 PDA 的藍牙通信程序設(shè)計 —— 軟件設(shè)計