【文章內(nèi)容簡介】 最小系統(tǒng)接線如圖26所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應(yīng)的電容電阻后即可工作。圖26 SPCE061A最小系統(tǒng)3 藍(lán)牙規(guī)范協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議的總體概況可以通過藍(lán)牙協(xié)議棧反映出來。從橫向角度來看，藍(lán)牙協(xié)議所涉及的主要部分包括射頻、基帶、主機(jī)控制接口、鏈路管理協(xié)議、邏輯鏈路控制與適配協(xié)議、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、電纜替代協(xié)議以及其他一些為藍(lán)牙所采納的高層通用協(xié)議，如PPP. TCP/IP, UDP等。請參考圖31。其中的基帶、鏈路管理協(xié)議、邏輯鏈路控制與適配協(xié)議以及服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議等屬于藍(lán)牙和新協(xié)議的范疇，電纜代替帶協(xié)議則是藍(lán)牙借用ETSI ，電話控制協(xié)議包括AT命令集和電話控制規(guī)范兩個(gè)部分，PPP. TCP/IP, UDP. WAP. WAE, vCard和vCal等協(xié)議則是藍(lán)牙所采納的高層通用議。圖31 藍(lán)牙協(xié)議棧從另外一個(gè)角度來看，用戶會(huì)針對藍(lán)牙的應(yīng)用而提出用法模型，如三合一電話、因特網(wǎng)網(wǎng)橋、局域網(wǎng)接入、交互式會(huì)議、耳麥及自動(dòng)同步等。相應(yīng)的，藍(lán)牙會(huì)給出應(yīng)用框架協(xié)議與用戶的用法模型相匹配。藍(lán)牙的應(yīng)用框架包括通用接入框架、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用框架、無繩電話框架、串口框架、內(nèi)部通信框架、頭戴設(shè)備框架、撥號上網(wǎng)框架、傳真框架、局域網(wǎng)接入框架、通用對象交換框架、對象推送框架、文件傳送框架和同步框架等。隨著用戶用法模型的增多以及藍(lán)牙應(yīng)用的擴(kuò)展，藍(lán)牙的用戶應(yīng)用框架也會(huì)逐漸增多。當(dāng)然，藍(lán)牙協(xié)議也應(yīng)該相應(yīng)地升級。值得一提的是每種應(yīng)用框架協(xié)議都有其相對應(yīng)的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)縱向描述了實(shí)現(xiàn)某種應(yīng)用(或者是實(shí)現(xiàn)用法模型)所需用到的各種藍(lán)牙協(xié)議以及如何使用和組合各種協(xié)議。應(yīng)用框架協(xié)議提供了藍(lán)牙協(xié)議的縱向說明。需要說明，這里只是對藍(lán)牙的基帶、主機(jī)控制接口、邏輯鏈路控制與適配協(xié)議、電纜替代協(xié)議、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議和局域網(wǎng)接入框架等進(jìn)行簡要的說明。 基帶協(xié)議基帶是藍(lán)牙的數(shù)據(jù)鏈路層，它負(fù)責(zé)管理物理信道，并考慮以什么形式發(fā)送數(shù)據(jù)、什么時(shí)候發(fā)送數(shù)據(jù)、等待什么數(shù)據(jù)、什么時(shí)候等待數(shù)據(jù)以及使用哪一個(gè)載波頻率和哪一個(gè)級別的發(fā)射功率等等，這些都是藍(lán)牙鏈路控制器要解決的問題。而藍(lán)牙鏈路控制器正是執(zhí)行基帶協(xié)議的物理實(shí)體。在圖32中概括了藍(lán)牙基帶的主要功能。 圖32 藍(lán)牙基帶功能 藍(lán)牙通信過程(1)查詢過程(inquiry)。查詢過程在設(shè)備地址未知的通信對象進(jìn)入可通信范圍內(nèi)的情況下啟動(dòng)，用來發(fā)現(xiàn)未知藍(lán)牙設(shè)備的地址BD_ADDR。容易理解的例子是LAP發(fā)現(xiàn)新的DT,藍(lán)牙打印機(jī)發(fā)現(xiàn)新的終端等。在這一過程中，地址未知的設(shè)備充當(dāng)Slave的角色，當(dāng)然主動(dòng)發(fā)起通信的設(shè)備就是Master。先是Master在不同跳頻頻率上不斷發(fā)送查詢消息(也叫ID包)，(注:跳頻頻率由GIAC的LAP決定)后是Slave在查詢掃描(inquiry Sean)頻率上發(fā)回響應(yīng)，每次占據(jù)18個(gè)時(shí)隙。(2)尋呼過程(Page)。該過程中Master和Slave的約定與查詢過程相同。尋呼過程用來和設(shè)備地址已知的通信對象建立連接。Master在不同跳頻頻率點(diǎn)上按3200次/秒的規(guī)律發(fā)送包含DAC的消息，DAC由Slave的BD_ADDR派生出來，所使用跳頻序列由Slave的設(shè)備地址決定。Slave在尋呼掃描頻率上按照一次18個(gè)時(shí)隙(或更多時(shí)隙)的規(guī)律監(jiān)聽它的DAC。一旦獲得自己的DAC,Slave就發(fā)出包含自身設(shè)備地址的消息。隨后Master依據(jù)Slave的響應(yīng)回發(fā)FHS包，向Slave提供Picanet的定時(shí)和跳頻信息，以保持相互之間的同步，也就是說，整個(gè)Picanet由master的時(shí)鐘來完成定時(shí)，CAC和跳頻序列由Master的BD_ADDR派生而得。隨后Slave采納Master所提供的跳頻和時(shí)鐘。從而實(shí)現(xiàn)與Master的同步。最后，Master向Slave發(fā)出POLL包，以確認(rèn)連接的建立。(3)主從切換過程(Master/Slave Switch)。主從切換過程發(fā)生在Slave想成為Master的情況下Slave先發(fā)出切換請求消息，Master同意切換時(shí)就回發(fā)切換接受消息。然后雙方進(jìn)行TDD切換，Slave成為新的Master，先前的Maste:則轉(zhuǎn)換成新的Slave隨后新的Master向其他Slave發(fā)FHS包，在FHS確認(rèn)后，新的Master和其他Slave按照FHS的指示采納由新的Master所確定的Piconet參數(shù)，即由新的Master所決定的統(tǒng)一的CAC時(shí)鐘以及跳頻序列。至此，主從切換過程完成，即Piconet的切換過程完成。(4)Piconet之間的通信一散射網(wǎng)(Scatter net)。多個(gè)Piconet相互之間有重疊時(shí)形成Scatter net。組成Scatter net的每個(gè)Piconet由該P(yáng)iconet的Master定義，當(dāng)然它們有各自的CAC，時(shí)鐘和跳頻序列。很顯然，Scaternet中所包含的Piconet越多時(shí)，調(diào)頻序列碰撞的可能性就越大，通信質(zhì)量所受的影響就越大。在Scatter net中，一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可以充當(dāng)若干個(gè)Piconet的Slave，但是只能充當(dāng)某一個(gè)Piconet的Master。某個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之所以能夠成為幾個(gè)Piconet的Slave，是因?yàn)樵撛O(shè)備存放有那幾個(gè)Piconet的Master BD_ADDR和相應(yīng)的時(shí)鐘偏移量，進(jìn)而以時(shí)分復(fù)用的方式與不同的Master進(jìn)行通信。舉個(gè)例子來說，對于已經(jīng)建立ACL鏈路的Slave，它可以在當(dāng)前所處的Piconet內(nèi)要求進(jìn)入Hold或Park狀態(tài)，而通過改變信道參數(shù)(CAC,CIR,FH)加入到另一個(gè)Piconet中。如果它處于Snif狀態(tài)，則可以在Snif時(shí)隙之間訪問另一個(gè)Piconet，正是因?yàn)樵揝lave保存了幾個(gè)Piconet的參數(shù)(最關(guān)鍵的是Master的BD_DDR和時(shí)鐘偏移置)，它才能夠不斷調(diào)整CAC、時(shí)鐘和跳頻頻率，從而實(shí)現(xiàn)與不同的Piconet通信。所以說，可通信范圍內(nèi)的各藍(lán)牙設(shè)備本來是沒有Master與Slave之別的，但是為了能夠?qū)崿F(xiàn)通信，它們必須使用相同的CAC時(shí)鐘和跳頻頻率。主動(dòng)發(fā)起Inquiry的單元將自己的BD_ADDR傳給其他可以Inquiry Sean的單元，那些單元用所獲得的BD_ADDR生成CAC和跳頻頻率，并獲得與主動(dòng)Inquiry的單元之間的時(shí)鐘偏移量。至此，各個(gè)單元之間的實(shí)現(xiàn)了同步，也意味著一個(gè)Piconet的誕生。為了更為快速地建立通信，打過交道的藍(lán)牙設(shè)備之間〔保存有對方的BD_ADDR)，往往越過inquiry過程，直接通過Page過程來更迅速地實(shí)現(xiàn)同步。 微微網(wǎng)微微網(wǎng)(Piconet)是藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行通信的基本組織形式，微微網(wǎng)中必須有且只能有一個(gè)主控設(shè)備(Master)，可以有最多7個(gè)活動(dòng)的從屬設(shè)備(Slave)。主控設(shè)備是指發(fā)起本次通信的藍(lán)牙設(shè)備，該微微網(wǎng)的基本特征(跳頻序列，時(shí)隙分割等)都是由主控設(shè)備唯一確定的。 ACL和SCO鏈路基帶可以處理兩種類型的鏈路:同步連接鏈路(Synchronous Connection Oriented 即 SCO)和異步無連接鏈路(Synchronous Connection Less 即ACL)。SCO鏈路是微微網(wǎng)中單一主控設(shè)備和單一從屬設(shè)備之間建立的一種點(diǎn)對點(diǎn)的對稱鏈路。在這種鏈路方式下設(shè)備間采用保留時(shí)隙的方式來傳輸分組，因此該鏈路類型可以看作是電路交換。SCO鏈路主要用來進(jìn)行64kB/s的語音信息傳輸。一個(gè)主控設(shè)備最多可以同時(shí)支持三條SCO鏈路，而從屬設(shè)備則最多可以支持兩條來自不同主控設(shè)備的SCO鏈路或者三條來自同一主控設(shè)備的SCO鏈路。對于SCO數(shù)據(jù)分組來說，沒有重傳機(jī)制。ACL鏈路是主控設(shè)備和微微網(wǎng)內(nèi)所有從屬設(shè)備之間一點(diǎn)對多點(diǎn)的基帶通信鏈路類型。在沒有為SCO鏈路預(yù)留時(shí)隙的情況下，主控設(shè)備可以對任意從屬設(shè)備在單時(shí)隙上建立ACL鏈路。在一個(gè)主控設(shè)備和一個(gè)從控設(shè)備之間只能存在一條ACL鏈路。大多數(shù)ACL數(shù)據(jù)分組可以通過分組重傳來防止傳輸過程中的分組損壞和分組丟失?？紤]到本論文所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的主要傳送對象是實(shí)時(shí)電壓數(shù)據(jù)，所以主控設(shè)備與從屬設(shè)備之間只建立了一條ACL基帶鏈路，而沒有涉及到SCO鏈路。 藍(lán)牙基帶分組 微微網(wǎng)內(nèi)的基帶控制信息和用戶數(shù)據(jù)信息都是以分組形式進(jìn)行傳輸?shù)??；鶐Х纸M格式如圖33所示。圖33 藍(lán)牙基帶數(shù)據(jù)包分組格式基帶分組的第一個(gè)字段是訪問碼(ACCESS CODE)用于時(shí)序同步、分組標(biāo)識、尋呼和查詢。訪問碼分為三類:信道訪問碼CAC(Channel Access Code),設(shè)備訪問碼DAC (Device Access Code)和查詢訪問碼IAC (Inquir Access Code)。信道訪問碼用來標(biāo)識微微網(wǎng)，并由微微網(wǎng)唯一確定。一個(gè)微微網(wǎng)的信道訪問碼由其主控役備的藍(lán)牙地址的LAP構(gòu)成。設(shè)備訪問碼用于尋呼及尋呼響應(yīng)，它是由被尋呼設(shè)備的藍(lán)牙地址的LAP構(gòu)成的。查詢訪問碼則用于查詢過程，用以表明未來的主控設(shè)備正在查詢一定范圍內(nèi)可建立通信的藍(lán)牙設(shè)備。這種訪問碼有兩種類型:通用查詢訪問碼GIAC(General Inquiry Access Code)和專用查詢訪問碼DIAC(Didecated Inquiry Access Code)。通用查詢訪問碼用于查詢一切范圍內(nèi)可用藍(lán)牙設(shè)備，該碼字由一個(gè)保留藍(lán)牙地址LAP(Ux9E8833)構(gòu)成。而專用查詢訪問碼用于查詢某一類(根據(jù)未來的主控設(shè)備的查詢興趣來確定)，在本系統(tǒng)中，沒有用到這種類型的訪問碼。基帶分組的第二個(gè)字段是分組頭(HEADER)，它包含了一些鏈路控制信息，負(fù)責(zé)流控及校驗(yàn)。在表31中列出了分組頭部分所包含的字段及相關(guān)描述?；鶐Х纸M的最后一個(gè)部分是有效載荷部分(PAYLOAD)，這部分包含的內(nèi)容可以是純語音信息，可以是純數(shù)據(jù)信息，也可以是兩者皆有。數(shù)據(jù)包可以占據(jù)一個(gè)以上的時(shí)隙(多時(shí)隙數(shù)據(jù)包)，也就是說可以在下一個(gè)時(shí)隙中持續(xù)傳輸。有效載荷部分還可以攜帶一個(gè)16位長的CRC碼用于對數(shù)據(jù)有無錯(cuò)誤進(jìn)行檢測。表31 基帶分組字段說明字段名大小（bit）說明AM_ADDR3當(dāng)設(shè)備交換尋呼信息時(shí)，分配給叢書設(shè)備的活動(dòng)成員地址TYPE4定義了16種基帶分組類型FLOW1接收端在其相應(yīng)發(fā)送時(shí)，用該字段作流控ARQN1接收端用該字段來確認(rèn)已經(jīng)成功的接收了某分組，如果未收到確認(rèn)，則重發(fā)（ACL類型）SEQN1簡單（奇/偶）的序列數(shù)字，用于將要發(fā)送的分組進(jìn)行編號。該字段的值與“ARQN”是對應(yīng)的。HEC8頭部差錯(cuò)校驗(yàn)，生成多項(xiàng)式為： 以下介紹與基帶鏈路的建立密切相關(guān)的ID，F(xiàn)HS，POLL基帶分組。ID分組由設(shè)備訪問碼DAC或查詢訪問碼IAC構(gòu)成，分別對應(yīng)于Slave ID和查詢ID。它的長度為68bit。接收方用位相關(guān)器來確定該ID分組的位序，因此，ID分組很可靠。該分組被用于尋呼，查詢過程中。FHS分組是一個(gè)特殊的控制分組。在這種分組中包含有發(fā)送方的地址及時(shí)鐘等信息。在FHS分組中，信息位為144bit, CRC校驗(yàn)信息16bit。同時(shí)采用2/3FEC，總共240bit，不超過一個(gè)時(shí)隙。這種分組被用作主控設(shè)備響應(yīng)和查詢響應(yīng)等用途。POLL分組本身并不攜帶任何有效載荷，但它需要收方確認(rèn)接收成功。從屬設(shè)備受到該分組后要求回復(fù)一個(gè)分組用以確認(rèn)POLL分組的成功接收。在本系統(tǒng)中，該分組用于基帶鏈路的建立。 藍(lán)牙設(shè)備地址 藍(lán)牙設(shè)備地址(BD_ADDR)是藍(lán)牙設(shè)備最穩(wěn)定的標(biāo)識。BD_ADDR是一個(gè)48比特長的地址編碼，它以電子方式記錄在每個(gè)設(shè)備上。在全球范圍內(nèi)，每個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的BD_ADDR都是唯一的。為保證唯一性，由一個(gè)地址管理機(jī)構(gòu)分配BDADDR。BD_ADDR類似于IEEE (Medium Access Control，即MAC)地址。 如圖34所示，從最低有效位(Last Significant Bit，即LSB)到最高有效位(Most Significant Bit，即MSB)，這個(gè)48比特的地址段被分成3部分:低端地址部分(Lower Address Part，即LAP),高端地址部分(Upper Address Part，即UAP)以及非有效地址部分(Nonsignificant Address Part，即NAP)。UAP和NAP共24bit，構(gòu)成了藍(lán)牙組織的唯一標(biāo)識(Organization Unique Identifier，即OUI)部分，這部分地址由地址管理機(jī)構(gòu)分配，而LAP則由各組織自行分配。圖34 藍(lán)牙設(shè)備地址 鏈路管理層在進(jìn)行藍(lán)牙通信的兩設(shè)備中，鏈路管理實(shí)體(或者說鏈路管理器)相互交換分組，用以設(shè)置和控制設(shè)備之間的藍(lán)牙鏈路。鏈路管理實(shí)體之間的通信協(xié)議稱為鏈路管理層協(xié)議(Link Manager Protocol即LMP)。這一層的信息不轉(zhuǎn)發(fā)至更高協(xié)議層，而只是在兩設(shè)備的鏈路管理實(shí)體中進(jìn)行解釋和處理。另外，LMP不承載任何數(shù)據(jù)信息。根據(jù)從上層接收到的控制信息，LMP要么與另一設(shè)備的鏈路管理實(shí)體進(jìn)行通信，要么向所在設(shè)備的基帶和射頻單元發(fā)送控制信息。通信鏈路管理實(shí)體之間的通信是通過交換LMP_PDU分組來實(shí)現(xiàn)的，LMP_PDU將作為基帶ACL類型分組的有效級荷來被基帶傳輸。 圖35 藍(lán)牙鏈路管理層功能在圖35中，描述了鏈路管理層在整個(gè)藍(lán)牙系統(tǒng)中的作用和它的功能。在本系統(tǒng)中，鏈路管理層與前兩節(jié)所討論的藍(lán)牙射頻單元和基帶一樣，是在硬件平合中實(shí)現(xiàn)的，所以在這里只進(jìn)行簡要的介紹。 主機(jī)控制接口層藍(lán)牙主機(jī)控制器接口(Host Controller Interface)是藍(lán)牙主機(jī)一主機(jī)控制器應(yīng)用模式中藍(lán)牙模塊和主機(jī)之間的軟硬件接口，它提供了控制基帶與鏈路控制器、鏈路管理器、狀態(tài)寄存器等硬件功能的指令分組格式以及進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)分組格式。從某種意義上說，HCI的能力代表了藍(lán)牙系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能，而且它在整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議棧中起到承上啟下的作用。主機(jī)控制接口層是本藍(lán)牙系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)之一，將在第四章作詳細(xì)介紹，所以在這一節(jié)里只不作詳細(xì)說明。 邏輯鏈路控制與適配層(L2CAP)位于主機(jī)端HCI層之上， 在本系統(tǒng)協(xié)議結(jié)構(gòu)中的位置如圖31所示。L2CAP層是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)重點(diǎn)。L2C