【正文】 制與自適應(yīng)協(xié)議層主要完成底層通信協(xié)議(如物理層、MAC層)的功能，鏈路管理器主要負(fù)責(zé)基帶連接的設(shè)定及管理，L2CAP負(fù)責(zé)基帶數(shù)據(jù)的分段及重組、多路復(fù)用和服務(wù)質(zhì)量(QoS)等功能。應(yīng)用和支持層主要為各種應(yīng)用(如語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等)提供應(yīng)用軟件所需的通信協(xié)議與應(yīng)用程序接口，如TCP/IP, RFCOMM等。雖然不同的無(wú)線應(yīng)用可能運(yùn)行不同的協(xié)議棧，但所有的協(xié)議棧都使用一個(gè)共同的Bluetooth數(shù)據(jù)邏輯鏈路和物理層。在設(shè)計(jì)Bluetooth協(xié)議和整個(gè)協(xié)議棧時(shí)，主要的原則是最大限度地利用現(xiàn)有的各種高層應(yīng)用協(xié)議，這樣有利于現(xiàn)有的各種遺留應(yīng)用更好地在Bluetooth環(huán)境下使用，以確保這些應(yīng)用的平滑過(guò)濾和交互操作性。Bluetooth協(xié)議采取了開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，廠商可以在核心協(xié)議的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)自己專用的應(yīng)用協(xié)議或增加一些通用的應(yīng)用協(xié)議。因此要實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，藍(lán)牙技術(shù)在成本和技術(shù)方面仍有待改進(jìn)。在第二章凌陽(yáng)單片機(jī)基本原理中，重點(diǎn)在于介紹凌陽(yáng)單片機(jī)結(jié)構(gòu)和特性。所以藍(lán)牙協(xié)議是這項(xiàng)新技術(shù)面向應(yīng)用的一個(gè)重要方面。第五章分析了基于凌陽(yáng)單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與以藍(lán)牙技術(shù)為基礎(chǔ)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的融合原理，討論了其實(shí)現(xiàn)的軟件及硬件細(xì)節(jié)。2 凌陽(yáng)單片機(jī)及其原理 凌陽(yáng)單片機(jī)簡(jiǎn)介 8位單片機(jī)凌陽(yáng)8位單片機(jī)的CPU內(nèi)核均為6502兼容型。SPC系列則是帶有雙聲道發(fā)聲功能的單片機(jī)；SPL系列基本上都帶有LCD驅(qū)動(dòng)，并且有些SPL系列還帶有發(fā)聲功能；SPF系列是凌陽(yáng)研制出的帶有到聲道發(fā)聲功能的單片機(jī)。 16位單片機(jī)隨著單片機(jī)集成的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。39。與凌陽(yáng)8位機(jī)功能相比，16位181。nSP?系列單片機(jī)可以在交款的電源電壓范圍（～）及系統(tǒng)時(shí)鐘頻率范圍（～）內(nèi)工作，除了數(shù)據(jù)總線被增至16位而提高了工作速率外，181。nSP?系列16位單片機(jī)內(nèi)集成了更多的系統(tǒng)外圍資源。另外，181。nSP?家族中有些系列嵌入了LCD控制驅(qū)動(dòng)和DTMF發(fā)生器功能等。39。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32KB的閃存（Falsh）。39。因此，與SPCE500A相比，以181。nSP?為核心的SPCE061A微控制器是適合用于數(shù)據(jù)傳輸和識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最好的選擇。nSP?微處理器；工作電壓：～，VDDH為VDD～（I/O）；CPU時(shí)鐘：～；內(nèi)置2KB SRAM；內(nèi)置32KB FLASH；可編程音頻處理；晶體振蕩器。 SPCE061A內(nèi)核的硬件結(jié)構(gòu)SPCE061A 是繼181。nSP?系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。較高的處理速度使181。nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。39。圍繞SPCE所形成的16位181。nSP?系列單片機(jī)采用的是模塊是集成結(jié)構(gòu)，共有84個(gè)引腳，封裝形式位PLCC84，它的管腳排列如圖21所示。SPCE061A的結(jié)構(gòu)如圖22所示。39。 寄存器組181。nSP?的CPU寄存器組里有8個(gè)16位寄存器，可分為通用型寄存器和專用型寄存器兩大類別。專用型寄存器包括SP、BP、SR、PC，是與CPU特定用途相關(guān)的寄存器。堆棧的最大容量范圍限制在2KB的RAM內(nèi)，即地址位0x000000～0x0007FF的存儲(chǔ)器范圍中。SR是段寄存器，有多種功能，算術(shù)邏輯運(yùn)算結(jié)果的各標(biāo)志位N,Z,S,C亦儲(chǔ)存在其中。 數(shù)據(jù)總線和地址總線181。nSP?是16位單片機(jī)，它具有16位數(shù)據(jù)線和22位地址線，22位地址線最多可以尋訪4MB的存儲(chǔ)容量。通常，地址線高6位稱為頁(yè)碼（page）；而低16位則稱為存儲(chǔ)器地址的偏移量（offset）。 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU181。nSP?的 ALU在運(yùn)算能力上很有特色，它不僅能做16位基本的算術(shù)邏輯運(yùn)算，也能做帶移位操作的16位算術(shù)邏輯運(yùn)算，同時(shí)還能做用于數(shù)字信號(hào)處理16位16位的乘法運(yùn)算和內(nèi)積運(yùn)算。堆棧的最大容量范圍限制在2KB RAM內(nèi)，即其地址范圍是0x07FF～0x0000的存儲(chǔ)器中。圖23 181。nSP?的堆棧結(jié)構(gòu) 中斷中斷是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行某一程序的過(guò)程中，由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)、外的某種原因，必須終止原程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束之后，再回來(lái)繼續(xù)執(zhí)行被終止的原程序過(guò)程。用戶可以用關(guān)中斷指令（或復(fù)位）屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用開(kāi)中斷指令使CPU接受中斷申請(qǐng)。39。異常中斷表示為非常重要的事件，一旦發(fā)生，CPU必須立即進(jìn)行處理。事件中斷一般產(chǎn)生于片內(nèi)設(shè)部件或由外設(shè)中斷輸入引腳引入的某個(gè)事件，其中斷的開(kāi)通/禁止由相應(yīng)的獨(dú)立使能和相應(yīng)的IRQ或FIQ總使能控制。UART傳輸中斷，觸鍵喚醒中斷，定時(shí)器溢出中斷，外部中斷等等，都是設(shè)計(jì)中需要用到和了解的中斷源。觸鍵喚醒中斷中若以觸鍵作喚醒源，其功能通過(guò)并行A口的IOA0～I(xiàn)OA7及中斷源IRQ3_KEY的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。4MB的存儲(chǔ)器地址可以映射成64頁(yè)，每一頁(yè)有64KB的存儲(chǔ)容量，其地址取決于16位寄存器或存儲(chǔ)器的值。圖24 181。nSP?片內(nèi)存儲(chǔ)器地址映射SPCE061A有2KB的SRAM，其地址范圍是0x000～0x07FF。 32KB的內(nèi)嵌式閃存從地址0x8000開(kāi)始被劃分為128頁(yè)（每頁(yè)存儲(chǔ)容量為256B），它們?cè)贑PU正常運(yùn)行狀態(tài)下均可通過(guò)程序擦除或?qū)懭恕?SPCE061A的片內(nèi)外設(shè)部件這一節(jié)將圍繞181。nSP?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)對(duì)其外圍設(shè)備進(jìn)行展開(kāi)介紹，其中包括并行I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘系統(tǒng)和音頻輸出。每一個(gè)I/O口會(huì)由3個(gè)向量位來(lái)控制，分別是方向向量位，控制著I/O口位的輸入/輸出方向；方式向量位，控制著I/O口采用什么樣的方式進(jìn)行輸入輸出；數(shù)據(jù)向量位，進(jìn)行口位數(shù)據(jù)的輸入或輸出，可與方式向量位結(jié)合在一起對(duì)口位進(jìn)行復(fù)合功能的設(shè)置。若通過(guò)口位的組合設(shè)置還可使輸入口引入外部中斷源或喚醒源事件，可以使端口具有中斷或喚醒之特殊功能。通過(guò)設(shè)置還可以使口位具有輸出緩存功能，以避免該口在被設(shè)為輸入端口時(shí)管腳上輸入電平的狀態(tài)會(huì)影響到輸出的狀態(tài)。圖25為SPCE061A時(shí)鐘電路的接線圖。推薦使用外接32768Hz晶振，因阻容振蕩的電路時(shí)鐘不如外接晶振準(zhǔn)確。圖25 SPCE061A時(shí)鐘電路 時(shí)鐘系統(tǒng)基本上由三部分組成：鎖相環(huán)PLL倍頻電路、可編程分頻計(jì)數(shù)器以及時(shí)基信號(hào)發(fā)生器。Fosc信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻產(chǎn)生出CPUCLK信號(hào)，同時(shí)，32768Hz信號(hào)經(jīng)時(shí)基信號(hào)發(fā)生器的分頻處理，為定時(shí)/計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘源信號(hào)并為中斷系統(tǒng)提供各種時(shí)基的中斷源信號(hào)。TimerA的時(shí)鐘源是由兩個(gè)時(shí)鐘源ClkA和ClkB經(jīng)過(guò)一個(gè)邏輯與門相與而成。 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入接口模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是自然界與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交流的橋梁之一。SPCE061A內(nèi)置8通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中7個(gè)通道用于將模擬量信號(hào)（如電壓信號(hào)）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，可以直接引線（IOA[0～6]）輸入。實(shí)際上可以把模數(shù)轉(zhuǎn)換器看作一個(gè)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的編碼器?？紤]到單片機(jī)片內(nèi)A/，而電壓模擬信號(hào)直接從LINE_IN通道輸入被送入采樣/保持器，當(dāng)選擇ADC的自動(dòng)方式時(shí)，會(huì)使RDY信號(hào)變?yōu)椤?”，從而啟動(dòng)了ADC的數(shù)據(jù)采樣。此后，可讀取10位A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。由此看來(lái)，適時(shí)讀取A/D數(shù)據(jù)單元，可控制A/D轉(zhuǎn)換的觸發(fā)時(shí)間。前者可用來(lái)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換前的各種設(shè)置或轉(zhuǎn)換過(guò)程中的狀態(tài)讀出，表22將其給出。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(guò)藍(lán)牙協(xié)議棧反映出來(lái)。請(qǐng)參考圖31。圖31 藍(lán)牙協(xié)議棧從另外一個(gè)角度來(lái)看，用戶會(huì)針對(duì)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。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(wú)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(hào)上網(wǎng)框架、傳真框架、局域網(wǎng)接入框架、通用對(duì)象交換框架、對(duì)象推送框架、文件傳送框架和同步框架等。當(dāng)然，藍(lán)牙協(xié)議也應(yīng)該相應(yīng)地升級(jí)。應(yīng)用框架協(xié)議提供了藍(lán)牙協(xié)議的縱向說(shuō)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(jí)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(wèn)題。在圖32中概括了藍(lán)牙基帶的主要功能。查詢過(guò)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(lái)發(fā)現(xiàn)未知藍(lán)牙設(shè)備的地址BD_ADDR。在這一過(guò)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。(2)尋呼過(guò)程(Page)。尋呼過(guò)程用來(lái)和設(shè)備地址已知的通信對(duì)象建立連接。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(tīng)它的DAC。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(shuō)，整個(gè)Picanet由master的時(shí)鐘來(lái)完成定時(shí)，CAC和跳頻序列由Master的BD_ADDR派生而得。從而實(shí)現(xiàn)與Master的同步。(3)主從切換過(guò)程(Master/Slave Switch)。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。(4)Piconet之間的通信一散射網(wǎng)(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。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。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，對(duì)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(guò)改變信道參數(shù)(CAC,CIR,FH)加入到另一個(gè)Piconet中。所以說(shuō)，可通信范圍內(nèi)的各藍(lán)牙設(shè)備本來(lái)是沒(méi)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。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。 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)。 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(wú)連接鏈路(Synchronous Connection Less 即ACL)。在這種鏈路方式下設(shè)備間采用保留時(shí)隙的方式來(lái)傳輸分組，因此該鏈路類型可以看作是電路交換。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(lái)自不同主控設(shè)備的SCO鏈路或者三條來(lái)自同一主控設(shè)備的SCO鏈路。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?？紤]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(méi)有涉及到SCO鏈路?；鶐Х纸M格式如圖33所示。訪問(wèn)碼分為三類:信道訪問(wèn)碼CAC(Channel Access Code),設(shè)備訪問(wèn)碼DAC (Device Access Code)和查詢?cè)L問(wèn)碼IAC (Inquir Access Code)。一個(gè)微微網(wǎng)的信道訪問(wèn)碼由其主控役備的藍(lán)牙地址的LAP構(gòu)成。查詢?cè)L問(wèn)碼則用于查詢過(guò)程，用以表明未來(lái)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。通用查詢?cè)L問(wèn)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。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)?；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(yǔ)音信息，可以是純數(shù)據(jù)信息，也可以是兩者皆有。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(wú)錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)。該字段的值與“ARQN”是對(duì)應(yīng)的。ID分組由設(shè)備訪問(wèn)碼DAC或查詢?cè)L問(wèn)碼IAC構(gòu)成，分別對(duì)應(yīng)于Slave ID和查詢ID。接收方用位相關(guān)器來(lái)確定該ID分組的位序，因此，ID分組很可靠。FHS分組是一個(gè)特殊的控制分組。在FHS分組中，信息位為144bit, CRC校驗(yàn)信息16bit。這種分組被用作主控設(shè)備響應(yīng)和查詢響應(yīng)等用途。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。 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)。在全球范圍內(nèi)，每個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的BD_ADDR都是唯一的。BD_ADDR類似于IEEE (Medium Access Control，即MAC)地址。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。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)。另外，LMP不承載任何數(shù)據(jù)信息。通信鏈路管理實(shí)體之間的通信是通過(guò)交換LMP_PDU分組來(lái)實(shí)現(xiàn)的，LMP_PDU將作為基帶ACL類型分組的有效級(jí)荷來(lái)被基帶傳輸。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。從某種意義上說(shuō)，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。 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層的基本任務(wù)是為更高的協(xié)議層屏蔽低層傳輸協(xié)議的各種特性和細(xì)節(jié)。L2CAP層本身只關(guān)心