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智能傳感器的藍牙協議棧與SoC結構設計
摘要：通過對藍牙協議棧和智能傳感器功能要求的分析，討論用于智能傳感器設計的嵌入式藍牙協議棧SoC的基本結構，以及功能組成要求。根據討論結果，設計相應的SoC電路結構。引 言
??藍牙技術是一種無線數據與數字通信的開放性規范。它以低成本、近距離無線連接為基礎，為固定與移動設備建立了一種完整的通信方式和技術。藍牙技術的實質是建立通用無線接口及其控制軟件的標準，使移動通信與計算機網絡之間能實現無縫連接，由此，為不同廠家生產的便攜式設備提供了近距離(10m~100m)范圍內的互操作通道。
在工業控制系統和許多應用領域，隨著電子技術的發展，目前控制器和傳感器已經實現了智能化。在一般的傳感器或測試儀表中，大量使用CPU 控制下的數字化技術，因此，許多控制系統或傳感器系統已經實現了數字化傳輸。如果在數字化的控制系統和傳感器中嵌入藍牙技術，則可以實現系統數據和控制命令的無線傳輸，這對于許多應用領域都是十分重要的。
本文通過對藍牙協議棧結構的討論，提出一個嵌入式SoC 器件結構。這個嵌入式SoC器件是一種具有藍牙通信功能的SoC 器件；SoC 中的CPU 對用戶開放，用戶可以使用這種結構的SoC 器件實現智能傳感器或控制器單元。
1 藍牙協議棧
藍牙技術規范1.0 版本作了如下規定。
① 藍牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(Industrial ，Scientific and Medical)免付費、免申請的無線電頻段。
② 采用快速確認和跳頻技術，以確保鏈路的穩定。
③ 采用二進制調頻(FM)技術的跳頻收發器，抑制干擾和防止衰落。
④ 采用前向糾錯(FEC)技術，抑制長距離鏈路的隨機噪聲。
⑤ 數據傳輸速率為1Mb/s 。
⑥ 采用時分雙工傳輸，其基帶協議是電路交換和分組交換的結合。
⑦ 一個跳頻頻率發送一個同步分組，每個分組占用一個時隙，也可擴展到5個時隙。
⑧ 支持一個異步數據通道，或3個并發的同步語音通道，
或一個同時傳送異步數據和同步語音的通道。每一個語音通道支持64Kbps 的同步話音。異步通道支持最大速率為721Kbps 、反向應答速率為57.6Kbps 的非對稱連接，或者是432.6bps 的對稱連接。
目前，工作在2.4GHz 頻段上的無線局域網技術中，除了藍牙技術外，還有IEEE802.11、HomeRF 和紅外技術。總的來說，IEEE802.11 比較適合于辦公室無線網絡，HomeRF 適用于家庭中的移動數據、語音設備等與主機之間的通信，而藍牙技術則可以應用于任何允許無線方式替代線纜的場合。
在實際應用中，藍牙技術的應用一般采用嵌入式技術。在應用系統中嵌入藍牙協議棧，可為系統提供一個透明的無線網絡通信層。
藍牙技術協議棧的設計只有符合藍牙技術規范的要求，才能實現不同廠家產品的無縫對接。藍牙技術規范(specification)包括協議(protocol)和應用規范(profile)兩個部分。完整的藍牙協議棧如圖1 所示。
協議規范中定義了各功能元素的工作方式，提供了藍牙技術實現中功能元素間的橫向體系結構。應用規范則介紹了實現特定應用模型，描述了各層協議間的協同機制，從而提供了技術實現的縱向體系結構。
藍牙協議包括核心協議層、替代電纜協議層、電話控制協議層和選用協議層。
① 核心協議。核心協議包括基帶協議、鏈路管理協議(LMP)、邏輯鏈路控制和適配協議(L2CAP)、服務發現協議(SDP)。
② 替代電纜協議。替代電纜協議包括串行電路仿真協議(RFCOMM)，用于實現數據的轉換。
③ 電話替代協議。本協議包括二元電話控制規范(TCS Binary)與AT-命令(AT-command)。用于提供音頻通信的處理規范和相應的控制命令。
④ 選用協議。選用協議與用戶的應用有關，包括點到點協議(PPP)、用戶數據報/傳輸控制協議/互聯網協議(UDP 和TCP/IP)、目標交換協議(OBEX)、無線應用協議(WAP)、無線應用環境(WAE)、vCard 、vCal 、紅外移動通信(IrMC)。選用協議層的具體內容由應用系統根據需要選擇。
除了以上協議層外，藍牙協議棧中還應包括二個接口：一個是主機控制接口(HCI)，用來為基帶控制器、鏈路控制器以及訪問硬件狀態和控制寄存器等提供了命令接口；另一個是與基帶處理部分直接相連的音頻接口，用以傳遞音頻數據。
在藍牙協議棧中，HCI 以上部分通常用軟件實現，包括邏輯鏈路控制和適配協議L2CAP、串行仿真RFCOMM 、鏈路管理協議(LMP )、電話替代協議和選用協議；而HCI以下部分則用硬件實現，包括基帶協議和鏈路管理協議(LMP)，這部分也叫作藍牙協議體系結構中的底層硬件模塊。
2 藍牙核心協議棧硬件電路結構
底層模塊是藍牙技術的核心模塊，主要由射頻(RF)單元電路、基帶層(base band)電路和鏈路管理層(LMP，Link Manger Protocol)電路組成。
(1)射頻(RF)單元
RF單
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