【文章內容簡介】 型型數據格式式傳輸速率率最大設備數數電纜長度度是否支持持(((((((b/s)))(個)))(m)))熱插拔拔RRRS23222串行行20KKK22215~3000否否RRRS48555串行行10MMM3222120000否否IIIEEE一139444串行行400M/并并行端口口并行行8MMM2/8883~999否否IIISAAA并行行128MMMlllll否否EEEISAAA并行行266MMM11111否否PPPCIII并行行1056M/ZllZMMMlllll否否AAAGPPP并行行)2112MMMlllll否否傳統外設與PC機的通信主要是通過CP機主板所提供的各種接口來實現的，如ISA、PCI、串行接口、并行接口等。這些接口技術成熟，使用廣泛，但老式的接口也存在著很多缺陷，如非共享、體積大、規(guī)格不一以及采用傳統的1/0模式等。USB是一種新興的快速、雙向、同步、廉價，并支持熱插拔功能的串行接口，克服了老式接口的上述缺陷，為外設的連接提供了一個很好的解決方案。北工業(yè)大學碩士學位論文第二章系統設計方案研究持熱插拔的特點實現了各種外設與CP機的方便連接，克服了老式接口必須關機安裝設備的缺陷，同時也不用像安裝網卡、聲卡那樣必須掀開主機蓋那樣麻煩，USB為外設的連接提供了一個很好的解決方案。因此，本文選用UBS接口將數據送給主控CP。2.4本章小結本章從論文要完成的無線方案和接口選擇兩部分內容出發(fā)，首先分析了無線通信技術在設備電纜取代上的重要性和接口技術的必要性。接著對比討論了四種主要的短距離無線通信技術標準及其優(yōu)缺點、各種CP機外設接口及優(yōu)缺點。最后分析了實現無損傷抗運動病藥物性能檢測對本系統提出的要求，根據要求確定本文方案:采用藍牙技術完成無線通道建立，替代數據傳輸電纜，接口選用USB接口。大學碩士學位論文第三章系統實現原理分析第三章系統實現原理分析藍牙和USB接口技術是90年代新興的兩個熱門技術，其目的一個是替代設備間的電纜，一個是支持即插即用，均旨在極大提高設備的便利性，方便人們的生活。系統把藍牙無線的自動連接和有線的“即插即用”USB接口相結合，組成了一套方便的無線數據傳輸終端，很好地滿足了課題的要求。系統軟硬件的具體實現將涉及藍牙和UBS接口技術的全部內容。藍牙和UBS接口技術雖然方便實用，但內容非常復雜，開發(fā)人員首先要對其基本原理、通信協議和操作模式有較深的理解，才能成功開發(fā)出帶UBS接口的藍牙無線通信設備和產品。所以結合系統具體實現需要，本章下面單獨討論一下藍牙通信和USB通信的原理和基本協議，并闡述藍牙收發(fā)系統的實現構架。3.1藍牙通信原理就整體而言，藍牙技術是一套完整的通信協議體系，從最底層的無線電波信號、中間層的信號處理方式、到最高層各種應用程序采用的通信協議，都有詳盡的定義，要了解藍牙技術，必須先從藍牙技術通信協議體系著手。一、藍牙技術協議體系在文獻【4]中給出的藍牙技術完整協議體系。最底層是偏重VCard/vCalOBEX!。}廠麗了刁廠石落刃辰萬三酬「不而UDP!TCP/IPRFCOMM語音LZCAP主控制器接口基帶層無線電波發(fā)射層大學碩士學位論文第三章系統實現原理分析面向鏈接的同步傳輸(SynehronouSConneetion一oriented，SCO)鏈路屬于電路交換的同步傳輸類型，電路交換是當主設備與從設備間的連接一旦建立后，不管有無數據發(fā)送，系統都會預留固定間隔的時隙給主設備與從設備，其他從設備就不能利用此連接上的時隙來發(fā)送數據。CSO鏈路比較適合語音傳輸，每一個SCO鏈路支持64KbPs語音通話，一旦SCO鏈路建立，主設備和從設備可直接發(fā)送SCO包，主設備無需事先詢問從設備，CSO鏈路屬于點對點的對稱連接，即SCO鏈路建立在一個主設備與從設備之間。無連接的異步傳輸(AsynehronouSConneetion一Less，ACL)鏈路屬于包交換的異步傳輸類型。包交換是將高層的數據切割成一段段的包(Packet)。當物理信道上的時隙沒有任何SCO鏈路時，ACL鏈路可占用任意時隙來傳輸數據。一旦系統需要傳輸CSO鏈路時，ACL鏈路則自動空出時隙提供CSO鏈路使用。ACL鏈路只在CSO鏈路不使用的時隙上傳輸。ACL鏈路適合傳輸突發(fā)性(Bursty)的數據，主設備可同時與多個從設備建立ACL鏈路，屬于點對多點的非對稱連接。主設備與從設備將物理信道內的時隙進行最充分的利用后，能夠同時建立許多ACL和SCO鏈路，主設備與各從設備之間最多只有一條ACL鏈路，但是可以有多條SCO鏈路。(4)藍牙數據包結構。包(Packe)t是藍牙系統在物理通道上的傳輸單位，不同種類的包在占用的時隙個數、包長度、包上的位數值都有相當大的差異。藍牙包從整體上分為訪問碼(AC。essCode)、包頭(Header)、有效載荷(Payl。ad)三部分。包的具體格式視具體應用不同而相互區(qū)別。(5)差錯控制。藍牙技術定義了三種糾錯方案:1/3比例前向糾錯(FEC)碼、2/3比例前向糾錯碼和數據的自動請求重發(fā)(ARQ)方案。1/3FEC方案是將每個數據位在包內重復3次，2/3FEC差錯控制方法是將10個數據位經過多項式的運算后，產生出15個位，因此，雖然FEC可以避免數據包受噪聲干擾，但另一方面多加入了差錯控制位，使數據傳輸量相對降低。ARQ是針對包內的有效載荷進行保護的差錯控制方法，發(fā)送端發(fā)出一個包，接受端收到包后將檢查包的包頭中HEC及有效載荷的CRC是否發(fā)生錯誤，如無誤則接收端返回一個ACK(ARQN二)l，如發(fā)生錯誤則返回NAK(ARQN二0)要求發(fā)送端重發(fā)。這個過程可一直操作下去直到接收端收到正確包或者出現超時為止。(6)連接過程。藍牙設備均有連接、中間和等待三個工作狀態(tài)，其中中間狀態(tài)包括查詢、查詢掃描、查詢回應、呼叫、呼叫掃描、呼叫回應和主設備回應7種。當藍牙設備與其他藍牙設備連接時，就必須經過中間狀態(tài)的功能來尋找周圍的設備組件，中間狀態(tài)內的7種狀態(tài)主要分為查詢與呼叫兩大類。呼叫與查詢狀態(tài)的最大差異，在于當主設備不知道周圍是否有任何的從設大學碩士學位論文第三章系統實現原理分析牙模塊，同樣能完成藍牙設備的即插即用。藍牙模塊的硬件設計方式是將所有的芯片與電阻、電容等組件制造在一片電路板上，成為一片獨立的藍牙模塊。在模塊內最重要的組件是基帶控制器與RF發(fā)射組件。藍牙模塊接收來自主控機的控制指令，經過基帶控制器的處理后控制RF發(fā)射組件發(fā)出無線電波。射射組件件件器器主機藍牙設備一般來說，模塊內的硬件結構分為鏈路管理器、鏈路控制器與RF模塊3部分，負責處理MLP層、基帶層與RF層的協議。鏈路管理器內包含處理器(CPU)、內存等組件。鏈路管理器與基帶層芯片合稱鏈路控制器。RF模塊內含RF射頻發(fā)射組件。藍牙模塊與主機UBS接口相連接，UBS接口上層的通信協議由主機負責考考考考考考考考考考考考考考考藍藍藍藍藍牙主機機機機機機機機}}}}}主機驅動及應用程序}序序序{{{{{藍牙Hcl驅動程序}}}}}}}}}}}}}}}HC‘傳鉚驅動程序{{{{{{{{{11111(USB){cl驅動程序序序序序序序序序序主主主主主主主主主主主主主主主主機機機HHHHHHHCI傳輸驅動程序序序序(((((((USB)))))))傳傳傳輸總線線線{{{{{主機傳輸固件}}}}}}}}}}}}}圈圈圈圈機傳輸固件件件件}}}}}基帶部分{{{{{{{{{{{{{{{{{}}}}}身‘頻{{{{{{{主主主主機控牙模塊塊塊塊塊塊塊塊塊制制制制器器器器MCUUUUU基基基基帶部分分分分基帶部分分分射射射射頻頻頻頻頻頻頻頻頻頻RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRF模塊塊塊北工業(yè)大學碩士學位論文第三章系統實現原理分析備時，必須以查詢狀態(tài)來得到周圍所有從設備的DB一DRD與內部時序，然后進入呼叫的狀態(tài)與該從設備互相連接。若是主設備已經知道要連接的從設備地址，可直接進入呼叫的狀態(tài)與該從設備進行連接。主設備與從設備建立連接的過程。其中，步驟1~3:主設備進入查詢狀態(tài)，周圍從設備將查詢掃描狀態(tài)打開，隨時接受來自主設備發(fā)出的查詢信號。步驟4~5:從設備收到主設備的查詢信號后，進入查詢回應狀態(tài)，返回FHS包告知主設備有關自己的地址等數據。步驟6一7:主設備從FHS包得到從設備的有關數據后，接著進入呼叫狀態(tài)與特定的從設備建立連接。步驟8~10:這時從設主設備從設備①③進行請求(DI包)查詢掃描{(孫⑤⑥一FHS包⑦進行呼叫(ID包)查詢回應1愜)呼口。掃描{⑧詢一一叫查一一呼⑨{主設備回應⑩~~鯉@(lDI包呼叫回應}⑨FHS包連接主設備與從設備建立連接的過程備已經處于呼叫掃描狀態(tài)，當從設備收到呼叫信號后進入呼叫回應狀態(tài)，返回ID包作為響應。步驟10~13:主設備收到此功包后也進入主設備回應狀態(tài)，在發(fā)送一個FHS包，將主設備的時序、地址等信息發(fā)給從設備。從設備收到FHS包上的信息后返回一個DI包作為響應，這樣主設備與從設備的連接就建立完成。3.2藍牙模塊的主機控制接口(HC)I各式各樣藍牙產品的制造方式是將小體積的藍牙模塊內嵌進設備內。因此為了實現信息設備能與藍牙模塊相連接，藍牙技術標準定義了主機控制接口HC工。HC工功能可分為3個部分，第一部分的傳輸固件位于藍牙模塊內，控制藍牙模塊的硬件—主機控制器:第二部分為主機驅動程序，位于主機內。第三部分為實際的傳輸總線，可以是USB或是RS232接口。系統選用的是USB方案，因此這里只討論傳輸總線為UBS。主控PC機經過UBS接口與藍牙模塊相連接。主控機上的UBS驅動程序發(fā)出控制指令，經UBS物理接口傳遞到藍牙模塊上，藍牙模塊內的固件負責將信號傳遞到LMP層，由LMP層再來控制基帶和射頻層的操作。定義了HCI后，即使現有設備沒有內嵌藍牙模塊，只要在主機上安裝驅動程序，然后以UBS連接藍北工業(yè)大學碩士學位論文第三章系統實現原理分析于物理層的電波發(fā)射層(Rdaio)協議，更高層分別為基帶層協議、LMP協議、LZCAP協議，在MLP協議上與LZCAP協議之間還有一個主機控制接口(HCI)，其余高層協議包括RFCOMM與SDP等。越接近底層的協議，由越多的應用程序所共享，高層則視應用程序的不同而有所差異。藍牙技術的特點體現在層技術，整個藍牙協議體系結構可分為底層硬件模塊、中間協議層和高端應用層三大部分。藍牙底層模塊是藍牙技術的核心，是任何藍牙設備都必須包括的部分，它由鏈路管理層(ML)、基帶(BB)和射頻(RF)構成。由于LM的功能大部分在基帶部分實現，下面只分析最底層的電波發(fā)射層和基帶層協議的功能與特色。二、電波發(fā)射層協議。發(fā)射功率分3個等級，分別是loomw、mlw，當發(fā)射功率為10m0w時，傳輸距離可以擴大到IOOm的范圍。藍牙技術采用高斯移頻鍵控(GFSK)調制方式，以頻率的正偏移代表l，負偏移代表。，〔‘”。三、基帶層協議基帶層收到來自上層LMP的信號后，經過基帶層處理后傳輸到發(fā)射層。在藍牙技術通信體系的所有層中，基帶層是底層中的最關鍵技術之一，若要了解藍牙設備如何運行、如何連接其它的藍牙設備、藍牙設備有哪些工作模式等問題，就必須理解基帶層。下面對基帶層的設備地址、物理信道、ACL鏈路與SOC鏈路、設備連接過程等作以簡單分析。(1)設備地址。在所有的藍牙設備內都有一個唯一的設備地址B(DesADRD)，這如同個人計算機網卡內部都有一個唯一的物理層地址，該地址一般由制造商集成在設備內，幾乎所有負責藍牙系統正常工作的控制參數，如跳頻序列、頻道訪問碼等都將由此地址計算求得。(2)物理信道。藍牙技術標準定義主動發(fā)出連接要求的設備稱為主設備，另外一個被動接受連接的設備為從設備，當兩個藍牙設備聯機后，等于是在基帶層建立起一條物理信道，物理信道內主設備與從設備的信號傳遞以時分雙工(TDD)方式。主設備在偶時隙中送出數據，從設備接收:在下一個奇時隙中則由從設備發(fā)送數據，主設備接收。有時為提高傳輸速率，主設備發(fā)送的包長度可以擴展到3~5個時隙。(3)藍牙技術支持電路交換與包交換兩種數據傳輸方式，在藍牙技術標準中電路交換的傳輸稱為Soc鏈路，包交換的傳輸稱為ACL鏈路。北工業(yè)大學碩士學位論文第三章系統實現原理分析處理，接口下層的通信協議則由模塊內的基帶層芯片與RF芯片負責。藍牙模塊系統軟硬件結構各部分組件。3.4USB接口通信原理由上分析，本文USB接口將完成藍牙通信系統中HCI部分的功能，USB接口硬件很容易實現，但要編制出UBS傳輸固件和主機層的UBS驅動程序，就必須對USB通信協議有較深的理解，下面從UBS接口系統結構、數據格式、事務處理和數據傳輸四個方面來闡述UBS接口通信原理。一、USB接口系統結構在終端用戶看來，USB接口就是USB設備到主機的簡單連接，但對開發(fā)人員來說，我們可將UBS接口系統結構分為主機和UBS設備兩部分，每部分均可分為三個邏輯層:功能層、UBS設備層和UBS總線接口層，〔13]。主機互連USB設備廠廠廠一不蔽面麗廠一飛，，纂健掣___緩緩陳贏軟件件件件分~!{Z腸UODI仃J、(((((管理一個接口)))))))汝目}!口口口XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX以以典應應應應應應應應應應應........叫叫戶.........一一…亙覃…___}}}}格式系統軟件件件缺省{{{管道OOO騾{)裂BBBBB