嵌入式系统中的无线技术 zigbee,bluetooth,wifi,红外协议分析4

网络工程作业阶段性成果及下一步研究计划报告4

题目：嵌入式系统中的无线技术 zigbee,bluetooth,wifi,红外协议分析

组长：李天祺 组员：李天祺

报告日期：2010年10月25日

一．研究内容概述：

本阶段继续学习蓝牙的核心协议和《基于蓝牙HCI实现单片机与PC间无线通信》的软件部分。

二．本阶段学习内容及成果：

1. 文献研究(续)

《基于蓝牙HCI实现单片机与PC间无线通信》

4 软件设计

4．1 单片机端

单片机端的软件在Keil平台下进行嵌人式C编程实现，传输层采用UART，单片机通过UART控制蓝牙模块。软件包括初始化，蓝牙交互，处理数据三个模块。初始化包括系统初始化和蓝牙初始化。系统初始化包括CPU时钟初始化，管脚分配，串口初始化等，蓝牙初始化是通过UART给蓝牙模块发送一系列初始化命令，蓝牙模块返回事件，交互完成一系列的复位，鉴权，读地址等初始化操作。通信就是初始化完成后若本地蓝牙作从设备，则等待远端蓝牙设备的建链请求，如果接受请求，则继续等待建链成功，获得一个连接句柄，从而进行数据交换，若本地蓝牙作主设备，则通过一系列主动查询，建链，发送数据，断链等操作。处理数据就是将数据显示在与单片机相连的LCD上等一系列后续操作。程序流程图如上图所示。数据结构方面，程序按照HCI规范构造了HCI指令分组cmd_pkt，HCI事件分组event_pkt和HCIACL数据分组acl_pkt的数据结构，并设计了用于标识当前蓝牙设备的hci_device结构体，包括蓝牙设备配置信息hci_info，蓝牙连接信息HCI—con和用于存储返回分组信息的接收缓冲区hci_bui[1000]，具体如图所示。

软件采用前后台的方式实现，前台运行主程序，后台定时循环调用HCI状态机。HCI状态机是一个子程序，用来专门处理蓝牙模块返回的HCI事件分组和HCI数据分组。状态机通过分析HCI事件分组来决定相应操作，获取相关信息，通过分析HCI数据分组，来接收实际传输数据并存储到接收缓冲区。具体的HCI状态机的处理流程如图所示。

HCI状态机初始状态置为IDLE—STATE，根据HCI UART传输层格式规范，按字段取蓝牙模块返回的各个字节，每个字节为一个十六进制数，不同的数代表不同的含义。第一个字节为分组指示器，标识分组的类型。ACL数据分组为ACLPKT(0x02)，SCO数据分组为SCO—PKT(0x03)，事件分组为EVT_PKT(0x04)，另外指令分组为CMD_PKT(0xO1)，蓝牙模块只返回ACL，SCO和事件分组。取出第一个字节判断出分组类型。若为事件分组，则状态机转换为EVENT— HDR— STATE状态，继续取字节，读出事件码和参数长度后，转换到EVENT_DATA—STATE状态，表示再来的字节即为事件参数，读取事件参数，并调用process—event()处理事件，完成后回到I—DLE— STATE状态。若为ACL数据分组，则先转换为ACL_ HDR_ STATE状态，取出连接句柄，转换为A—CHINA NEW TELECOMMUNICACL DATA STATE状态，处理后续来的数据，即为实际接收到的数据，完成后回到IDLE—STATE状态。若为SCO数据分组，类同ACL数据分组的处理过程。HCI状态机要通过系统预先设定的一个定时器定时循环调用，虽然HCI从UART得到的数据流是一块一块的，有可能刚好是一个分组，有可能是几个分组，还可能是一个分组的部分数据，但状态机对接收到的一块数据流的处理是连续进行的，数据流的间断只会造成状态机的暂时等待，而不会影响其正确处理返回分组。如中途出现分组丢失或错误的字段，状态机会报错并重新置回初始态。程序主要函数如下表所示。

4. 2 PC端

操作系统采用Windows XP，蓝牙USB适配器采用CSR BlueCore 04，蓝牙USB适配器驱动程序采用csrbc1．18。此驱动程序提供了一系列的控制字，通过这些控制字可以直接在HCI层上控制蓝牙适配器。编程环境为VC++6．0。驱动程序的接口采用Win—dows API函数。

5 结束语

蓝牙通信的实现方案多种多样，本文仅是提出了一种基于HCI层的单片机通过UART控制蓝牙模块与Pc通过USB控制蓝牙适配器进行点对点通信的实现方案，当然，就算是这一种方案中，也有不同的实现模式，单片机端同样可以通过USB控制蓝牙模块，PC端加上一个电平转换同样也可以通过UART控制蓝牙模块。本系统只是实现了基本的点对点数据传输，在此基础上可以进一步完善，实现点对多点数据传输，还可以在两端开发对等层的文件传输协议，实现文件传输。此系统采用了状态机实现HCI，具有一定的规范性，可在此基础上开发蓝牙高层协议，也可作为一个通用的模块集成到具体应用系统中，较为方便地实现短距离的无线通信。

2. 参考资料：

《无线通信及网络（第二版）》                 William  Stallings

《嵌入式系统设计与实例开发》             王田苗  魏洪兴 

《蓝牙技术》                                    严紫建  刘元安 

《基于蓝牙HCI实现单片机与PC间无线通信》      赵  霄  周洪利 

三．本阶段研究面临问题及解决方案（针对文献答疑）：

Keil：Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言 软件开发系统；

句柄：一个句柄是指使用的一个唯一的整数值，是指一个四字节长的数值，用 于标志应用程序中的不同对象和同类对象中的不同的实例，诸如，一个窗口， 按钮，图标，滚动条，输出设备，控件或者文件等，应用程序能够通过句柄访 问相应的对象的信息。但是，句柄不是一个指针，程序不能利用它句柄来直接 阅读文件中的信息。如果句柄不用在I/O文件中，它是毫无用处的；

状态机：状态机的一个确切的描述是它是一个有向图形，由一组节点和一组相 应的转移函数组成。状态机通过响应一系列事件而“运行”。每个事件都在属 于“当前” 节点的转移函数的控制范围内，其中函数的范围是节点的一个子 集。函数返回“下一个”（也许是同一个）节点。这些节点中至少有一个必须 是终态。当到达终态， 状态机停止；

API：API(Application Programming Interface,应用程序编程接口)是一些预 先定义的函数，目的是提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一 组例程的能力，而又无需访问源码，或理解内部工作机制的细节。

四．本阶段研究总结：

本阶段继续对文献《基于蓝牙HCI实现单片机与PC间无线通信》研究，并像上次一样通过上网查阅解决不懂的问题，但由于资源和时间有限，有些方面回答的比较简单。

经过前阶段对理论的初步了解，这两次的报告比较贴近实际研究，但文献中没有详细的软件程序代码，所以只能从思路和逻辑上对文献中的技术学习。

五．下阶段研究计划

下一周内大概要完成以下内容：

1. 查找新的相关文献；

2. 完成蓝牙核心协议的学习；

3. 查找文献程序代码。