【導(dǎo)讀】導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致。含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。藍(lán)牙協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸。首先，論文對(duì)凌陽(yáng)單片機(jī)原理和應(yīng)用作了簡(jiǎn)要介紹。以及它們的軟硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了重點(diǎn)分析與研究。再次，提出了實(shí)現(xiàn)HCI的方案，具體對(duì)。最后基于以上研究，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)硬件電路圖，并對(duì)電路。在數(shù)據(jù)采集技術(shù)上，采。用溫度傳感器DS18B20對(duì)溫度信號(hào)實(shí)時(shí)采集。在無線傳輸技術(shù)上，采用基于日立萬勝?？谶M(jìn)行軟硬件融合。

　　

【正文】 。查詢過程在設(shè)備地址未知的通信對(duì)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(duì)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Pica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) Pica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☆ 藍(lán) 牙 時(shí) 鐘☆ 調(diào) 頻 選 擇☆ 鏈 路 建 立☆ 鏈 路 類 型 （ 尋 呼 和 查 詢 ）☆ 媒 體 接 入 控 制 ， 輪 詢（ 分 組 類 型 及 處 理 ）☆ 功 率 模 式☆ 安 全 算 法基 帶控 制 信 息控 制 消 息異 步 數(shù) 據(jù)同 步 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 信 息安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 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(qǐng)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 Pico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 Pico的切換過程完成。 (4)Pico之間的通信一散射網(wǎng) (Scatter )。多個(gè) Pico相互之間有重疊時(shí)形成Scatter 。組成 Scatter 的每個(gè) Pico由該 Pico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， Scater中所包含的 Pico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 中，一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可以充當(dāng)若干個(gè) Pico的 Slave，但是只能充當(dāng)某一個(gè) Pico的 Master。某個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之所以能夠成為幾個(gè) Pico的 Slave，是因?yàn)樵撛O(shè)備存放有那幾個(gè) Pico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(duì)于已經(jīng)建立 ACL鏈路的 Slave，它可以在當(dāng)前所處的 Pico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) Pico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) Pico，正是因?yàn)樵?Slave保存了幾個(gè) Pico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 Pico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) Pico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(duì)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) (Pico)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。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 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(duì)點(diǎn)的對(duì)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(yǔ)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(duì)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(duì)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(duì)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。 考慮到本論文所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的主要傳送對(duì)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)摹；? 帶分組格式如圖 33所示。 訪 問 碼 分 組 頭 有 效 載 荷7 2 b i t 5 4 b i t0 ～ 2 7 4 5 b i tL S B M S B 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(shí)、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?cè)L問碼 IAC (Inquir Access Code)。信道訪問碼用來標(biāo)識(shí)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?cè)L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?cè)L問碼 GIAC(General Inquiry Access Code)和專用查詢?cè)L問碼 DIAC(Didecated Inquiry Access Code)。通用查詢?cè)L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?cè)L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。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 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。 基帶分組的最后一個(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(yǔ)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(zhǎng)的 CRC碼用于對(duì)數(shù)據(jù)有無錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè) 。 表 31 基帶分組字段說明 字段名 大?。?bit） 說明 AM_ADDR 3 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 TYPE 4 定義了 16種基帶分組類型 FLOW 1 接收端在其相應(yīng)發(fā)送時(shí)，用該字段作流控 ARQN 1 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） SEQN 1 簡(jiǎn)單（奇 /偶）的序列數(shù)字，用于將要發(fā)送的分組進(jìn)行編號(hào)。該字段的值與“ ARQN”是對(duì)應(yīng)的。 HEC 8 頭部差錯(cuò)校驗(yàn)，生成多項(xiàng)式為： 1)( 2578 ?????? xxxxxxG H C E 以下介紹與基帶鏈路的建立密切相關(guān)的 ID， FHS， POLL基帶分組。 ID分組由設(shè)備訪問碼 DAC或查詢?cè)L問碼 IAC構(gòu)成，分別對(duì)應(yīng)于 Slave ID和查詢 ID。它的長(zhǎng)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(shí)。 BD_ADDR是一個(gè) 48比特長(zhǎng)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安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 (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(shí) (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。 低 端 地 址 高 端 地 址 非 有 效 地 址 部 分M S BL S B8 b i t 1 6 b i t2 4 b i t 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(jí)荷來被基帶傳輸。 ☆ 鏈 路 管 理安 全 管 理功 率 管 理Q o s 管 理☆ 傳 輸 調(diào) 度鏈 路 管 理 實(shí) 體控 制 消 息控 制 信 息L M P _ P D U 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(jiǎn)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)用模式安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 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 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)