【文章內(nèi)容簡介】 型型數(shù)據(jù)格式式傳輸速率率最大設(shè)備數(shù)數(shù)電纜長度度是否支持持(((((((b/s)))(個(gè))))(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(tǒng)外設(shè)與PC機(jī)的通信主要是通過CP機(jī)主板所提供的各種接口來實(shí)現(xiàn)的，如ISA、PCI、串行接口、并行接口等。這些接口技術(shù)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(tǒng)的1/0模式等。USB是一種新興的快速、雙向、同步、廉價(jià)，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(shè)的連接提供了一個(gè)很好的解決方案。北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究持熱插拔的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了各種外設(shè)與CP機(jī)的方便連接，克服了老式接口必須關(guān)機(jī)安裝設(shè)備的缺陷，同時(shí)也不用像安裝網(wǎng)卡、聲卡那樣必須掀開主機(jī)蓋那樣麻煩，USB為外設(shè)的連接提供了一個(gè)很好的解決方案。因此，本文選用UBS接口將數(shù)據(jù)送給主控CP。2.4本章小結(jié)本章從論文要完成的無線方案和接口選擇兩部分內(nèi)容出發(fā)，首先分析了無線通信技術(shù)在設(shè)備電纜取代上的重要性和接口技術(shù)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其優(yōu)缺點(diǎn)、各種CP機(jī)外設(shè)接口及優(yōu)缺點(diǎn)。最后分析了實(shí)現(xiàn)無損傷抗運(yùn)動病藥物性能檢測對本系統(tǒng)提出的要求，根據(jù)要求確定本文方案:采用藍(lán)牙技術(shù)完成無線通道建立，替代數(shù)據(jù)傳輸電纜，接口選用USB接口。大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理分析第三章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理分析藍(lán)牙和USB接口技術(shù)是90年代新興的兩個(gè)熱門技術(shù)，其目的一個(gè)是替代設(shè)備間的電纜，一個(gè)是支持即插即用，均旨在極大提高設(shè)備的便利性，方便人們的生活。系統(tǒng)把藍(lán)牙無線的自動連接和有線的“即插即用”USB接口相結(jié)合，組成了一套方便的無線數(shù)據(jù)傳輸終端，很好地滿足了課題的要求。系統(tǒng)軟硬件的具體實(shí)現(xiàn)將涉及藍(lán)牙和UBS接口技術(shù)的全部內(nèi)容。藍(lán)牙和UBS接口技術(shù)雖然方便實(shí)用，但內(nèi)容非常復(fù)雜，開發(fā)人員首先要對其基本原理、通信協(xié)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(lán)牙無線通信設(shè)備和產(chǎn)品。所以結(jié)合系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)需要，本章下面單獨(dú)討論一下藍(lán)牙通信和USB通信的原理和基本協(xié)議，并闡述藍(lán)牙收發(fā)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)構(gòu)架。3.1藍(lán)牙通信原理就整體而言，藍(lán)牙技術(shù)是一套完整的通信協(xié)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(yīng)用程序采用的通信協(xié)議，都有詳盡的定義，要了解藍(lán)牙技術(shù)，必須先從藍(lán)牙技術(shù)通信協(xié)議體系著手。一、藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系在文獻(xiàn)【4]中給出的藍(lán)牙技術(shù)完整協(xié)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(xué)碩士學(xué)位論文第三章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(dāng)主設(shè)備與從設(shè)備間的連接一旦建立后，不管有無數(shù)據(jù)發(fā)送，系統(tǒng)都會預(yù)留固定間隔的時(shí)隙給主設(shè)備與從設(shè)備，其他從設(shè)備就不能利用此連接上的時(shí)隙來發(fā)送數(shù)據(jù)。CSO鏈路比較適合語音傳輸，每一個(gè)SCO鏈路支持64KbPs語音通話，一旦SCO鏈路建立，主設(shè)備和從設(shè)備可直接發(fā)送SCO包，主設(shè)備無需事先詢問從設(shè)備，CSO鏈路屬于點(diǎn)對點(diǎn)的對稱連接，即SCO鏈路建立在一個(gè)主設(shè)備與從設(shè)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(shù)據(jù)切割成一段段的包(Packet)。當(dāng)物理信道上的時(shí)隙沒有任何SCO鏈路時(shí)，ACL鏈路可占用任意時(shí)隙來傳輸數(shù)據(jù)。一旦系統(tǒng)需要傳輸CSO鏈路時(shí)，ACL鏈路則自動空出時(shí)隙提供CSO鏈路使用。ACL鏈路只在CSO鏈路不使用的時(shí)隙上傳輸。ACL鏈路適合傳輸突發(fā)性(Bursty)的數(shù)據(jù)，主設(shè)備可同時(shí)與多個(gè)從設(shè)備建立ACL鏈路，屬于點(diǎn)對多點(diǎn)的非對稱連接。主設(shè)備與從設(shè)備將物理信道內(nèi)的時(shí)隙進(jìn)行最充分的利用后，能夠同時(shí)建立許多ACL和SCO鏈路，主設(shè)備與各從設(shè)備之間最多只有一條ACL鏈路，但是可以有多條SCO鏈路。(4)藍(lán)牙數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)。包(Packe)t是藍(lán)牙系統(tǒng)在物理通道上的傳輸單位，不同種類的包在占用的時(shí)隙個(gè)數(shù)、包長度、包上的位數(shù)值都有相當(dāng)大的差異。藍(lán)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(yīng)用不同而相互區(qū)別。(5)差錯(cuò)控制。藍(lán)牙技術(shù)定義了三種糾錯(cuò)方案:1/3比例前向糾錯(cuò)(FEC)碼、2/3比例前向糾錯(cuò)碼和數(shù)據(jù)的自動請求重發(fā)(ARQ)方案。1/3FEC方案是將每個(gè)數(shù)據(jù)位在包內(nèi)重復(fù)3次，2/3FEC差錯(cuò)控制方法是將10個(gè)數(shù)據(jù)位經(jīng)過多項(xiàng)式的運(yùn)算后，產(chǎn)生出15個(gè)位，因此，雖然FEC可以避免數(shù)據(jù)包受噪聲干擾，但另一方面多加入了差錯(cuò)控制位，使數(shù)據(jù)傳輸量相對降低。ARQ是針對包內(nèi)的有效載荷進(jìn)行保護(hù)的差錯(cuò)控制方法，發(fā)送端發(fā)出一個(gè)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(cuò)誤，如無誤則接收端返回一個(gè)ACK(ARQN二)l，如發(fā)生錯(cuò)誤則返回NAK(ARQN二0)要求發(fā)送端重發(fā)。這個(gè)過程可一直操作下去直到接收端收到正確包或者出現(xiàn)超時(shí)為止。(6)連接過程。藍(lán)牙設(shè)備均有連接、中間和等待三個(gè)工作狀態(tài)，其中中間狀態(tài)包括查詢、查詢掃描、查詢回應(yīng)、呼叫、呼叫掃描、呼叫回應(yīng)和主設(shè)備回應(yīng)7種。當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備與其他藍(lán)牙設(shè)備連接時(shí)，就必須經(jīng)過中間狀態(tài)的功能來尋找周圍的設(shè)備組件，中間狀態(tài)內(nèi)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(dāng)主設(shè)備不知道周圍是否有任何的從設(shè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理分析牙模塊，同樣能完成藍(lán)牙設(shè)備的即插即用。藍(lán)牙模塊的硬件設(shè)計(jì)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(dú)立的藍(lán)牙模塊。在模塊內(nèi)最重要的組件是基帶控制器與RF發(fā)射組件。藍(lán)牙模塊接收來自主控機(jī)的控制指令，經(jīng)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(jī)藍(lán)牙設(shè)備一般來說，模塊內(nèi)的硬件結(jié)構(gòu)分為鏈路管理器、鏈路控制器與RF模塊3部分，負(fù)責(zé)處理MLP層、基帶層與RF層的協(xié)議。鏈路管理器內(nèi)包含處理器(CPU)、內(nèi)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(nèi)含RF射頻發(fā)射組件。藍(lán)牙模塊與主機(jī)UBS接口相連接，UBS接口上層的通信協(xié)議由主機(jī)負(fù)責(zé)考考考考考考考考考考考考考考考藍(lán)藍(lán)藍(lán)藍(lán)藍(lán)牙主機(jī)機(jī)機(jī)機(jī)機(jī)機(jī)機(jī)機(jī)}}}}}主機(jī)驅(qū)動及應(yīng)用程序}序序序{{{{{藍(lán)牙Hcl驅(qū)動程序}}}}}}}}}}}}}}}HC‘傳鉚驅(qū)動程序{{{{{{{{{11111(USB){cl驅(qū)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(jī)機(jī)機(jī)HHHHHHHCI傳輸驅(qū)動程序序序序(((((((USB)))))))傳傳傳輸總線線線{{{{{主機(jī)傳輸固件}}}}}}}}}}}}}圈圈圈圈機(jī)傳輸固件件件件}}}}}基帶部分{{{{{{{{{{{{{{{{{}}}}}身‘頻{{{{{{{主主主主機(jī)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(xué)碩士學(xué)位論文第三章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理分析備時(shí)，必須以查詢狀態(tài)來得到周圍所有從設(shè)備的DB一DRD與內(nèi)部時(shí)序，然后進(jìn)入呼叫的狀態(tài)與該從設(shè)備互相連接。若是主設(shè)備已經(jīng)知道要連接的從設(shè)備地址，可直接進(jìn)入呼叫的狀態(tài)與該從設(shè)備進(jìn)行連接。主設(shè)備與從設(shè)備建立連接的過程。其中，步驟1~3:主設(shè)備進(jìn)入查詢狀態(tài)，周圍從設(shè)備將查詢掃描狀態(tài)打開，隨時(shí)接受來自主設(shè)備發(fā)出的查詢信號。步驟4~5:從設(shè)備收到主設(shè)備的查詢信號后，進(jìn)入查詢回應(yīng)狀態(tài)，返回FHS包告知主設(shè)備有關(guān)自己的地址等數(shù)據(jù)。步驟6一7:主設(shè)備從FHS包得到從設(shè)備的有關(guān)數(shù)據(jù)后，接著進(jìn)入呼叫狀態(tài)與特定的從設(shè)備建立連接。步驟8~10:這時(shí)從設(shè)主設(shè)備從設(shè)備①③進(jìn)行請求(DI包)查詢掃描{(孫⑤⑥一FHS包⑦進(jìn)行呼叫(ID包)查詢回應(yīng)1愜)呼口。掃描{⑧詢一一叫查一一呼⑨{主設(shè)備回應(yīng)⑩~~鯉@(lDI包呼叫回應(yīng)}⑨FHS包連接主設(shè)備與從設(shè)備建立連接的過程備已經(jīng)處于呼叫掃描狀態(tài)，當(dāng)從設(shè)備收到呼叫信號后進(jìn)入呼叫回應(yīng)狀態(tài)，返回ID包作為響應(yīng)。步驟10~13:主設(shè)備收到此功包后也進(jìn)入主設(shè)備回應(yīng)狀態(tài)，在發(fā)送一個(gè)FHS包，將主設(shè)備的時(shí)序、地址等信息發(fā)給從設(shè)備。從設(shè)備收到FHS包上的信息后返回一個(gè)DI包作為響應(yīng)，這樣主設(shè)備與從設(shè)備的連接就建立完成。3.2藍(lán)牙模塊的主機(jī)控制接口(HC)I各式各樣藍(lán)牙產(chǎn)品的制造方式是將小體積的藍(lán)牙模塊內(nèi)嵌進(jìn)設(shè)備內(nèi)。因此為了實(shí)現(xiàn)信息設(shè)備能與藍(lán)牙模塊相連接，藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義了主機(jī)控制接口HC工。HC工功能可分為3個(gè)部分，第一部分的傳輸固件位于藍(lán)牙模塊內(nèi)，控制藍(lán)牙模塊的硬件—主機(jī)控制器:第二部分為主機(jī)驅(qū)動程序，位于主機(jī)內(nèi)。第三部分為實(shí)際的傳輸總線，可以是USB或是RS232接口。系統(tǒng)選用的是USB方案，因此這里只討論傳輸總線為UBS。主控PC機(jī)經(jīng)過UBS接口與藍(lán)牙模塊相連接。主控機(jī)上的UBS驅(qū)動程序發(fā)出控制指令，經(jīng)UBS物理接口傳遞到藍(lán)牙模塊上，藍(lán)牙模塊內(nèi)的固件負(fù)責(zé)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(xiàn)有設(shè)備沒有內(nèi)嵌藍(lán)牙模塊，只要在主機(jī)上安裝驅(qū)動程序，然后以UBS連接藍(lán)北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理分析于物理層的電波發(fā)射層(Rdaio)協(xié)議，更高層分別為基帶層協(xié)議、LMP協(xié)議、LZCAP協(xié)議，在MLP協(xié)議上與LZCAP協(xié)議之間還有一個(gè)主機(jī)控制接口(HCI)，其余高層協(xié)議包括RFCOMM與SDP等。越接近底層的協(xié)議，由越多的應(yīng)用程序所共享，高層則視應(yīng)用程序的不同而有所差異。藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)體現(xiàn)在層技術(shù)，整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)可分為底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高端應(yīng)用層三大部分。藍(lán)牙底層模塊是藍(lán)牙技術(shù)的核心，是任何藍(lán)牙設(shè)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(gòu)成。由于LM的功能大部分在基帶部分實(shí)現(xiàn)，下面只分析最底層的電波發(fā)射層和基帶層協(xié)議的功能與特色。二、電波發(fā)射層協(xié)議。發(fā)射功率分3個(gè)等級，分別是loomw、mlw，當(dāng)發(fā)射功率為10m0w時(shí)，傳輸距離可以擴(kuò)大到IOOm的范圍。藍(lán)牙技術(shù)采用高斯移頻鍵控(GFSK)調(diào)制方式，以頻率的正偏移代表l，負(fù)偏移代表。，〔‘”。三、基帶層協(xié)議基帶層收到來自上層LMP的信號后，經(jīng)過基帶層處理后傳輸?shù)桨l(fā)射層。在藍(lán)牙技術(shù)通信體系的所有層中，基帶層是底層中的最關(guān)鍵技術(shù)之一，若要了解藍(lán)牙設(shè)備如何運(yùn)行、如何連接其它的藍(lán)牙設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)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(shè)備地址、物理信道、ACL鏈路與SOC鏈路、設(shè)備連接過程等作以簡單分析。(1)設(shè)備地址。在所有的藍(lán)牙設(shè)備內(nèi)都有一個(gè)唯一的設(shè)備地址B(DesADRD)，這如同個(gè)人計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡內(nèi)部都有一個(gè)唯一的物理層地址，該地址一般由制造商集成在設(shè)備內(nèi)，幾乎所有負(fù)責(zé)藍(lán)牙系統(tǒng)正常工作的控制參數(shù)，如跳頻序列、頻道訪問碼等都將由此地址計(jì)算求得。(2)物理信道。藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義主動發(fā)出連接要求的設(shè)備稱為主設(shè)備，另外一個(gè)被動接受連接的設(shè)備為從設(shè)備，當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備聯(lián)機(jī)后，等于是在基帶層建立起一條物理信道，物理信道內(nèi)主設(shè)備與從設(shè)備的信號傳遞以時(shí)分雙工(TDD)方式。主設(shè)備在偶時(shí)隙中送出數(shù)據(jù)，從設(shè)備接收:在下一個(gè)奇時(shí)隙中則由從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，主設(shè)備接收。有時(shí)為提高傳輸速率，主設(shè)備發(fā)送的包長度可以擴(kuò)展到3~5個(gè)時(shí)隙。(3)藍(lán)牙技術(shù)支持電路交換與包交換兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，在藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)碩士學(xué)位論文第三章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理分析處理，接口下層的通信協(xié)議則由模塊內(nèi)的基帶層芯片與RF芯片負(fù)責(zé)。藍(lán)牙模塊系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)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(lán)牙通信系統(tǒng)中HCI部分的功能，USB接口硬件很容易實(shí)現(xiàn)，但要編制出UBS傳輸固件和主機(jī)層的UBS驅(qū)動程序，就必須對USB通信協(xié)議有較深的理解，下面從UBS接口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式、事務(wù)處理和數(shù)據(jù)傳輸四個(gè)方面來闡述UBS接口通信原理。一、USB接口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在終端用戶看來，USB接口就是USB設(shè)備到主機(jī)的簡單連接，但對開發(fā)人員來說，我們可將UBS接口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為主機(jī)和UBS設(shè)備兩部分，每部分均可分為三個(gè)邏輯層:功能層、UBS設(shè)備層和UBS總線接口層，〔13]。主機(jī)互連USB設(shè)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(gè)接口)))))))汝目}!口口口XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX以以典應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)........叫叫戶.........一一…亙覃…___}}}}格式系統(tǒng)軟件件件缺省{{{管道OOO騾{)裂BBBBB