基于DSP的Bluetooth嵌入式系統應用

藍牙（Bluetooth）協(xié)議標準是由藍牙特別興趣小組（Bluetooth SIG）發(fā)布的，1999年發(fā)布了Bluetooth 1.0版， 2001年2月發(fā)布了Bluetooth1.1版。目前SIG成員已經(jīng)發(fā)展到3000家左右。藍牙協(xié)議規定的無(wú)線(xiàn)通信標準，基于免申請的2.4GHz的 ISM頻段，采用GFSK跳頻技術(shù)和時(shí)分雙工（TDD）技術(shù)，通信距離為10米左右，Blue tooth 1.0版標準規定的數據傳輸速率為 1Mbps。主要適用于各種短距離的無(wú)線(xiàn)設備互連應用場(chǎng)合?？梢蕴峁c(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)連接。

1 基于電纜替代的藍牙協(xié)議簡(jiǎn)析

1.1 藍牙協(xié)議體系

藍牙協(xié)議規范所措述的協(xié)議棧模式如圖1所示。

      

藍牙體系結構中的協(xié)議可分為四層：

核心協(xié)議：基帶控制協(xié)議（Baseband）、鏈路管理協(xié)議（LMP）、邏輯鏈路控制應用協(xié)議（L2CAP）、服務(wù)發(fā)現協(xié)議（SDP）；

電纜替代協(xié)議：RFCOMM；

電話(huà)傳送控制協(xié)議：TCS二進(jìn)制、AT命令集；

可選協(xié)議：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE。

在協(xié)議中，規定了為基帶控制器、LMP、硬件狀態(tài)及控制寄存器提供命令接口的主機控制器接口（HCI）。在不同的應用模式下，HCI所處的位置不同。它可以位于L2CAP的下面，也可以在L2CAP之上。

1.2 電纜替代協(xié)議應用模式

基于ETSI標準的TS07.10信令的RFCOMM協(xié)議，提供了一個(gè)基于L2CAP協(xié)議之上的串口仿真應用模式。藍牙協(xié)議1.0版中，RFCOMM提供的上層服務(wù)模式主要有三種：對9針RS-232接口仿真模式、空Modem仿真模式和多串口仿真模式。典型的RFCOMM應用模式框圖如圖2所示。

        

1.3 藍牙嵌入式應用模式

僅僅以RFCOMM協(xié)議為基礎，作為串口的電纜替代應用，無(wú)形中限制了藍牙設備的應用范圍，降低了藍牙設備的應用價(jià)值。目前計算機與外部設備的接口種類(lèi)繁多，比較常見(jiàn)的有RS-232、RS-485、Parallel Port、CAN總線(xiàn)、SPI總線(xiàn)、I2C總線(xiàn)等。如果要使藍牙設備在各種場(chǎng)合發(fā)揮作用，必須使藍牙設備具備適合這些應用場(chǎng)合的多種接口功能。使用DSP數字信號處理器作為嵌入式控制器，不僅實(shí)現藍牙物理設備的初始化、藍牙高層協(xié)議，而且利用其接口靈活的特點(diǎn)，可以方便地對藍牙電纜替代協(xié)議進(jìn)行有效擴展。具體應用模式如圖3所示。

     

2 系統硬件結構

本系統的構成在硬件上分為兩個(gè)部分，藍牙基帶和射頻部分采用愛(ài)立信（ERICSSON）公司提供的藍牙模塊ROK101007；嵌入式控制器采用美國TI公司的TMS320VC54X系列的DSP數字信號處理器。

2.1 ERICSSON藍牙模塊

ROK101007 是根據藍牙規范1.0版（Bluetooth 1.0B Version）而設計的短距離藍牙通信模塊，它包括三個(gè)主上部分：基帶控制芯片、Flash存儲器和Radio芯片。它工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM頻段，支持聲音和數據的傳輸，其主上功能參數有：

Bluetooth 1.0B預認證；

2級RF射頻功率輸出；

提供FCC和ETSI糾錯處理；

最大460 KB/s UART數據傳輸速率；

提供UART、USB、PCM、I2C等多種HCI接口；

提供內部晶振；

內部預制HCI框架；

點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)操作；

嵌入式屏蔽保護。 

ROK101007特別適合計算機及外圍設備、手持設備、端口設備使用。其內含的藍牙協(xié)議構架及內部系統框圖如圖4、圖5所示。

                               

2.2 DSP處理器

TMS320C54X是16-bit定點(diǎn)DSP，適合無(wú)線(xiàn)通信等實(shí)時(shí)嵌入式應用的需要。C54x使用了改進(jìn)的哈佛結構。CPU具有專(zhuān)用硬件算術(shù)運算邏輯，大量的片內存儲器、增強的片內外設以及高度專(zhuān)業(yè)化的指令集，使其具有高度的操作靈活性和運行速度。主要特點(diǎn)如下：

運算速度快：指令周期為25/20/15/12.5/10ns，運算能力為40/50/66/80/100MIPS；

優(yōu)化的CPU結構：內含1個(gè)40位的算術(shù)運算邏輯單元，2個(gè)40位的累加器，2個(gè)40位的加法器，1個(gè)17