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摘要：先容了藍牙技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特色，并聯(lián)合TransiliCA公司生產(chǎn)的OnechIP藍牙產(chǎn)品TR0700單芯片，剖析了硬件實現(xiàn)模式。

要害詞：藍牙技術(shù) 硬件實現(xiàn) 鏈路管理與控制 跳頻

藍牙技術(shù)是一項新興的技術(shù)。它的重要目標(biāo)是在全世界樹立一個短間隔的無線通信尺度。它應(yīng)用2.4GHz～2.5GHz的ISM（Industrion Scientifc Medical）頻段來傳送話音和數(shù)據(jù)。應(yīng)用成熟、適用、先進的無線技術(shù)來取代電纜，它提供了低本錢、低功耗的無線接口，使所有固定和移動設(shè)備通過微微網(wǎng)PAN（Personal Area Network）連接起來，諸如：盤算機體系、家庭影院系統(tǒng)、無繩電話體系、通信設(shè)備等，相互通訊，實現(xiàn)資源共享。藍牙技術(shù)支撐多種電子設(shè)備之間的短間隔無線通信，這種通信不須要任何線纜，亦不須要用戶直接手工干預(yù)；每當(dāng)一個嵌進了藍牙技術(shù)的設(shè)備發(fā)覺另一同樣嵌入藍牙技術(shù)的裝備，它們就能主動同步，相互通訊，實現(xiàn)資源共享。

1 藍牙的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

藍牙協(xié)議棧的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是由底層硬件模塊，中間層和高端運用層三大部分組成。

1.1 藍牙的底層模塊

底層模塊是藍牙技巧的核心模塊，所有嵌入藍牙技術(shù)的設(shè)備都必需包含底層模塊。它主要由鏈路治理層LMP（Link Manager Protocol）、基帶層BB（Base Band）和射頻RF（Rodio Fraquency）組成。其功能是：無線連接層（RF）通過2.4GHz無需申請的ISM頻段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸；它重要定義了工作在此頻段的藍牙接受機應(yīng)滿足的需求；其帶層（BB）供給了兩種不同的物理鏈路（同步面向連接路SCO Synchronous Connection Oriented和異步無銜接鏈路ACL Asynchronous Connection Less），負(fù)責(zé)跳頻和藍牙數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸，且對所有類型的數(shù)據(jù)包提供了不同層次的前向糾錯碼FEC（Frequency Error Correction）或循環(huán)沉余度錯誤校驗CTC（Cyclic Redundancy Check）；LMP層負(fù)責(zé)兩個或多個設(shè)備鏈路的樹立和拆除及鏈路的安全和把持，如鑒權(quán)和加密、控制和協(xié)商基帶包的大小等，它為上層軟件模塊提供了不同的拜訪進口；藍牙主機節(jié)制器接口HCI（Host Cntroller Interface）由基帶控制器、連接收理器、掌握和事件存放器等組成。它是藍牙協(xié)議中軟硬件之間的接口，提供了一個調(diào)用下層BB、LM、狀況和控制存放器等硬件的同一命令，上、下兩個模塊接口之間的新聞和數(shù)據(jù)的傳遞必需通過HCI的說明才干進行。HCI層以上的協(xié)定軟件實體運行在主機上，而HCI以下的功效由藍牙裝備來完成，二者之間通過傳輸層進行交互。

1.2 中間協(xié)議層

中間協(xié)議層由邏輯鏈路控制與適配協(xié)議L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol）、服務(wù)發(fā)明協(xié)議SDP（Service Discovery Protocol）、串口仿真協(xié)議或稱線纜調(diào)換協(xié)議（RFCOM）和二進制電話控制協(xié)議TCS（Telephony Control protocol Spectocol）組成。L2CAP是藍牙協(xié)議棧的核心組成部分，也是其它協(xié)議實現(xiàn)的基本。它位于基帶之上，向上層提供面向連接和無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)。它主要完成數(shù)據(jù)的拆裝、服務(wù)質(zhì)量控制、協(xié)議的復(fù)用、分組的分割和重組（Segmentation And Reassembly）及組提取等功能。L2CAP容許高達64KB的數(shù)據(jù)分組。SDP是一個基于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的協(xié)議。它工作在L2CAP層之上，為上層利用程序提供一種機制來發(fā)明可用的服務(wù)及其屬性，而服務(wù)屬性包含服務(wù)的類型及該服務(wù)所需的機制或協(xié)議信息。RFCOMM是一個仿真有線鏈路的無線數(shù)據(jù)仿真協(xié)議，符合ETSI尺度的TS 07.10串口仿真協(xié)議。它在藍牙基帶上仿真RS-232的控制和數(shù)據(jù)信號，為本來應(yīng)用串行連接的上層業(yè)務(wù)提供傳送才能。TCS是一個基于ITU-T Q.931建議的采取面向比特的協(xié)議，它定義了用于藍牙設(shè)備之間樹立語音和數(shù)據(jù)呼叫的控制信令（Call Control Signalling），并負(fù)責(zé)處置藍廾設(shè)備組的移動管理進程。

1.3 高端利用層

高端應(yīng)用層位于藍牙協(xié)議棧的最上部分。一個完全的藍牙協(xié)議棧按其功能又可劃分為四層：核心協(xié)議層（BB、LMP、LCAP、SDP）、線纜調(diào)換協(xié)議層（RFCOMM）、電話掌握協(xié)議層（TCS-BIN）、選用協(xié)定層（PPP、TCP、TP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE）。而高端利用層是由選用協(xié)議層組成。選用協(xié)議層中的PPP（Point-to-Point Protocol）是點到點協(xié)議，由封裝、鏈路節(jié)制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)把持協(xié)議組成，定義了串行點到點鏈路應(yīng)該如何傳輸因特網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)，它要用于LAN接進、撥號網(wǎng)絡(luò)及傳真等應(yīng)用規(guī)范；TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議）、UDP（User Datagram Protocol對象交流協(xié)議）是三種已有的協(xié)議，它定義了因特網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)相干的通信及其他類型盤算機設(shè)備和外圍設(shè)備之間的通信。藍牙采取或共享這些已有的協(xié)議往實現(xiàn)與銜接因特網(wǎng)的設(shè)備通訊，這樣，既可進步效力，又可在必定水平上保證藍牙技術(shù)和其它通信技巧的互操作性；OBEX（Object Exchange Protocol）是對象交流協(xié)議，它支撐設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，采取客戶/服務(wù)器模式提供與HTTP（超文本傳輸協(xié)議）雷同的基礎(chǔ)功效。該協(xié)議作為一個開放性尺度還定義了可用于交流的電子商務(wù)卡、個人日程表、新聞和便條等格局；WAP（Wireless Application Protocol）是無線應(yīng)用協(xié)議，它的目標(biāo)是要在數(shù)字蜂窩電話和其它小型無線裝備上實現(xiàn)因特網(wǎng)業(yè)務(wù)。它支持移動電話閱讀網(wǎng)頁、收取電子郵件和其它基于因特網(wǎng)的協(xié)議。WAE(Wireless Application Environment)是無線應(yīng)用環(huán)境，它供給用于WAP電話和個人數(shù)字助理PDA所需的各種運用軟件。

2 藍牙硬件的實現(xiàn)

藍牙的技術(shù)規(guī)范除了包括協(xié)議部分外還包括藍牙的應(yīng)用部分（即應(yīng)用模型）。在實現(xiàn)藍牙的時候，一般是將藍牙分成兩部分來斟酌，其一是軟件實現(xiàn)部分，它位于HCI的上面，包括藍牙協(xié)議棧上層的L2CAP、RFCOMM、SDP和TCS以及藍牙的一些應(yīng)用；其二是硬件實現(xiàn)部分，它位于HCI的下面，亦即上面提到的底層硬件模塊，它已在圖1中標(biāo)示出。下面討論藍牙硬件模塊的結(jié)構(gòu)與性能。

藍牙硬件模塊由藍牙協(xié)定棧的無線收發(fā)器（RF）、其帶節(jié)制器（BB）和鏈路治理層（LMP）組成。目前大多數(shù)生產(chǎn)廠家都是應(yīng)用片上體系技巧SOC（System-On-Chip）將這三層功能模塊集嵌在同一塊芯片上。圖2為單芯片藍牙硬件模塊構(gòu)造圖。它由微處置器（CPU）、無線收發(fā)器（RF）、基帶掌握器（BB）、靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）、閃存（Flash程序存儲器）、通用異步收發(fā)器（UAST）、通用串行接口（USB）、語音編/解碼器（CODEC）及藍牙測試模塊組成。下面分辨敘述各部分的組成及功能。

（1）藍牙基帶控制器

藍牙基帶控制器是藍牙硬件模塊的要害模塊。它主要由鏈路控制序列產(chǎn)生器、可編程程序列產(chǎn)生器、內(nèi)部語音處理器、共享RAM裁器及定時鏈管理、加密/解密處理等功能單元組成。其主要功能：在微處理器模塊控制下，實現(xiàn)藍牙基帶部分的所實時處理功能，包括負(fù)責(zé)對吸收bit流進行符號定時提取的恢復(fù)；分組頭及凈荷的循環(huán)沉余度校驗（CRC）；分組頭及凈荷的前向糾錯碼（FEC）處理和發(fā)送處理；加密和解密處理等。且能提供從基帶控制器到其它芯片的接口（諸如數(shù)據(jù)路徑RAM客戶接口、微處理器接口、脈碼調(diào)制接口（PCM）等。

（2）無線收發(fā)器模塊

無線收發(fā)器是藍牙設(shè)備的核心，任何藍牙設(shè)備都要有無線收發(fā)器。它與用于廣播的普通無線收發(fā)器的不同之處在于體積小、功率?。壳吧a(chǎn)的藍牙無線收發(fā)器的最大輸出功率只有100mW、2.5mW、1mW三種）。它由鎖相環(huán)、發(fā)送模塊和接受模塊等組成。發(fā)送部分包含一個倍頻器，且直接使用壓控振蕩器調(diào)制（VCO）；吸收部分包括混頻器、中頻器放大器、鑒頻器以及低噪音放大器等。無線收發(fā)器的主要功能是調(diào)制/解調(diào)、幀定時恢復(fù)和跳頻功能同時完成發(fā)送和吸收操作。發(fā)送操作包括載波的發(fā)生、載波調(diào)制、功率控制及主動增益控制AGC；接收操作包括頻率調(diào)諧至準(zhǔn)確的載波頻率及信號強度控制等。

（3）微處理器（CPU）

CPU負(fù)責(zé)藍牙比特流調(diào)制和解調(diào)所的所有比特級處置，且還負(fù)責(zé)把持收發(fā)器和專用的語言編碼和解碼器。

（4）Flash存儲器和SRAM

Flash存儲器用于寄存基帶和鏈路治理層中的所有軟件部分。SRAM作為CPU的運行空間，在作時把Flash中的軟件調(diào)用SRAM中。

（5）語音編/解碼器CODEC（Coder Decoder）

語音編/解碼器CODEC由ADC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）、模數(shù)轉(zhuǎn)換口（ADC）、數(shù)字接口、編碼模塊等組成。重要功效：供給語音編碼和解碼功能，提供CVSD（Continuous Variable Slope Delta Modulation）即持續(xù)可變斜率增量調(diào)制及對數(shù)PCM（Pulse Coded Modulation）即脈碼調(diào)制兩種編碼方法。

（6）藍牙測試模塊

它是由DUT（Device Under Test）即被測試模塊與測試設(shè)備及計量設(shè)備組成。一般測試 設(shè)備被測試設(shè)備構(gòu)成一個微微網(wǎng)，測試設(shè)備是主節(jié)點，DUT是從節(jié)點。測試設(shè)備對全部測試進程進行控制，其主要功能提供無線層和基帶層的認(rèn)證和一致性規(guī)范，同時還管理產(chǎn)品的生產(chǎn)和售后測試。

（7）UART（Universal Asynchronous Keceiver Transunitter）通用異步收發(fā)器和USB（Universal Serial Bus）通用串行接口。

功能：提供到HCI（Host Confroller Interface）即主機控制器接口傳輸層的物理連接，是高層與物理模塊進行通信的通道。

3 TR0700單芯片先容

RT0700單芯片是Transilica公司的藍牙產(chǎn)品，其構(gòu)造如圖3所示。它把無線收發(fā)器與基帶都集成到一塊CMOS芯片上，替換傳統(tǒng)的串行語音和通用串行接口電纜，為語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線銜接。

3.1 構(gòu)造及工作原理

RT0700單芯片由收發(fā)器、基帶、語音編/解碼器（CODEC）、帶有4個可配置的8bit接口的8051微處理器、兩個串行口雙高性能的通用異步收發(fā)器（UART）、4KB的靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）、64KB的Flash程序存儲器等組成。

收發(fā)器由低噪放大器（LNA）、電平控制器（PA）、混頻器、鑒頻器、控制存放器、發(fā)送濾波器、振蕩器等組成。其工作原理是：來自接受天線上的信號經(jīng)低噪放大器（LNA）放大后，送至多級濾波器，多級濾波用具有預(yù)選擇功能，它把LAN的輸出信號限制在2.4GHz的ISM頻段內(nèi)，往除負(fù)頻率成分，輸出合適進行下變頻處理的信號。I、Q混頻器把藍牙頻段的信號移頻至低中頻（IF）傳輸?shù)恼{(diào)制信號。復(fù)合濾波器負(fù)責(zé)從下變頻信號中濾除無用信號和噪聲。鑒頻器使用過采樣技術(shù)從IF信號中取出藍牙低調(diào)制指數(shù)信號；發(fā)送器由發(fā)送濾波器、頻率合成器、功率放大器、振蕩器、天線等組成。其工作原理是：發(fā)送濾波器是一個高斯數(shù)字濾波器，它對發(fā)送環(huán)Tx輸入的數(shù)據(jù)進行數(shù)字過濾；振蕩器的功能是驅(qū)動一個外部的晶體振蕩器或者接收一個外部的時鐘信號，向頻率合成器提供一個低噪聲的參考頻率。功率放大器的主要功能是對頻率合成器的輸出功率放大到1mW左右，且對頻率合成器起緩沖作用，減少負(fù)載變更對合成器的影響；發(fā)送天線：當(dāng)應(yīng)用差分輸入的LNA時，它可以是一個低噪聲的平衡雙極天線；8051微處理器是一個8位的微處理器，它的主要功能是管理和實現(xiàn)藍牙協(xié)議棧。它具有一加強的指令集、二級數(shù)據(jù)指針、擴大的SRAM和雙UART。在TR0700中對一些反復(fù)性的操作諸如分組的組裝和拆解、加密、地址編碼/解碼、糾錯和同步等都由硬件來實現(xiàn)，這樣能下降處理器的開銷，有效地進步響應(yīng)性能。TR0700除了8051微處理器本身所帶有的一些特別功能寄存器（SFR）外，還定義了一些新的特別功能寄存器（SFR），它還引入了一些特別的中止，如一個帶有特殊維護的外部中止INT3等。RT0700的基帶操作有三種模式可供選擇：數(shù)據(jù)/地址、端口、測試。

3.2 基礎(chǔ)功能及應(yīng)用

TR0700單芯片的基礎(chǔ)功能是：具有10m的傳輸間隔及1Mbps的數(shù)據(jù)速率；支持79跳系統(tǒng)及支撐點到點、點到多點連接，既可以是主節(jié)點又可以是從節(jié)點；支持GAP、TCS、手機、intercom剖面和串行口等；支持Hold、Sniff和Park功率節(jié)儉模式；對LC、LM、L2CAP、SDP、RECOMM等藍牙協(xié)議棧能完整實現(xiàn)；對于SCO鏈路支持HV1、HV2、HV3數(shù)據(jù)分組；對于ACL分組支持DM1、DM3、DM5、HD1、HD3、HD5和AUX1數(shù)據(jù)分組；具有用于測試和Flash內(nèi)存升級的JTAG接口。TR0700單芯片的主要運用有：用于電信方面的峰房和無繩電話、調(diào)制解調(diào)器、手持設(shè)備、互聯(lián)設(shè)備、小型監(jiān)督器；用于盤算機方面有鍵盤、鼠標(biāo)、控制桿、掃描儀、監(jiān)督器、打印機、桌面、筆記本計算機等。用于花費類的PDA、耳機、監(jiān)督系統(tǒng)、游戲控制器和數(shù)字相機等。

藍牙技術(shù)作為一個開放的無線應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，能通過無線連接方法將必定范疇內(nèi)的固定或移動設(shè)備連接起來，使人們能夠更方面更快速地進行語音和數(shù)據(jù)的交換，這無疑將會成為未來無線通信范疇的一個主要的研討方向。本文所描寫的藍牙技術(shù)硬件實現(xiàn)模式剖析，只是藍牙核心技術(shù)中的一小部分，隨著藍牙技術(shù)的不斷完美與產(chǎn)品的勝利開發(fā)，可以確定，藍牙技術(shù)將會逐漸進入我們的工作和生涯，成為不可缺乏的一部分。

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