智能传感器的蓝牙协议栈与SoC结构设计

文章摘要：① 核心协议。核心协议包括基带协议、链路管理协议(LMP)、逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)、服务发现协议(SDP)。② 替代电缆协议。替代电缆协议包括串行电路仿真协议(RFCOMM)，用于实现数据的转换。③ 电话替代协议。本协议包括二元电话控制规范(TCS Binary)与AT-命令(AT-command)。用于提供音频通信的处理规范和相应的控制命令。④ 选用协议。选用协议与用户的应用有关，包括点到点协议(PPP)、用户数据报/传输控制协议/互联网协议(UDP 和TCP/IP)、目标交换协议(OBEX)、无线应用协议(WAP)、无线应用环境(WAE)、vCard 、vCal 、红外移动通

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① 核心协议。核心协议包括基带协议、链路管理协议(LMP)、逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)、服务发现协议(SDP)。

② 替代电缆协议。替代电缆协议包括串行电路仿真协议(RFCOMM)，用于实现数据的转换。

③ 电话替代协议。本协议包括二元电话控制规范(TCS Binary)与AT-命令(AT-command)。用于提供音频通信的处理规范和相应的控制命令。

④ 选用协议。选用协议与用户的应用有关，包括点到点协议(PPP)、用户数据报/传输控制协议/互联网协议(UDP 和TCP/IP)、目标交换协议(OBEX)、无线应用协议(WAP)、无线应用环境(WAE)、vCard 、vCal 、红外移动通信(IrMC)。选用协议层的具体内容由应用系统根据需要选择。

　　除了以上协议层外，蓝牙协议栈中还应包括二个接口：一个是主机控制接口(HCI)，用来为基带控制器、链路控制器以及访问硬件状态和控制寄存器等提供了命令接口；另一个是与基带处理部分直接相连的音频接口，用以传递音频数据。

　　在蓝牙协议栈中，HCI 以上部分通常用软件实现，包括逻辑链路控制和适配协议L2CAP、串行仿真RFCOMM 、链路管理协议(LMP )、电话替代协议和选用协议；而HCI以下部分则用硬件实现，包括基带协议和链路管理协议(LMP)，这部分也叫作蓝牙协议体系结构中的底层硬件模块。

2 蓝牙核心协议栈硬件电路结构

　　底层模块是蓝牙技术的核心模块，主要由射频(RF)单元电路、基带层(base band)电路和链路管理层(LMP，Link Manger Protocol)电路组成。

(1)射频(RF)单元

　　RF单元电路为蓝牙技术提供了通信中的物理层，也叫作蓝牙收发器。通过2.4GHz 的微波，实现数据流的过滤和传输。蓝牙协议提供了有关蓝牙收发器的各项技术指标。

(2)基带层电路

　　基带层提供了基带数字信号处理硬件，其功能是提供链路控制，因此也叫作基带及链路控制层电路。通过基带层电路，可以建立蓝牙通信网络中的物理链路，从而形成微微网(piconet)。基带层中有两种物理链路，一种是面向连接的同步链路(SCO)，另一种是异步无连接链路(ACL)。此外，基带层还可为语音和数据分组提供不同水平的前向纠错(FEC)或循环冗余度校验(CRC)处理，并可对数据进行加密。同时，基带层电路还为不同类型的数据(包括传输信息数据、链路管理和控制信息)提供特定的信道。

(3)链路管理层(LMP)电路

　　链路管理层电路也叫作链路管理器电路，功能是提供链路管理通信协议。链路管理协议用来对链路进行设置和控制，并负责建立和撤销各蓝牙设备间的连接、功率控制以及认证和加密，同时还控制蓝牙设备的工作状态(保持hold 、休眠park 、呼吸sniff 和活动active )。链路管理层的主要功能由软件完成，链路管理器电路提供运行于蓝牙设备的处理器中的软件。链路管理器之间的通信协议称为链路管理协议(LMP)。

　　蓝牙技术整体框架以HCI(Host Controller Interface)为界，区分为硬件模块以及上层软件协议两部分。

　　蓝牙技术标准中，选择了USB、UART 或是RS232 作为硬件模块与主机间的接口。当蓝牙模块以USB、UART或RS232中的任何一个接口与主机连接时，HCI 接口上层的通信协议由主机负责处理，而HCI 接口下层的通信协议则由模块内的基带层芯片与RF 芯片负责。

　　根据蓝牙标准，蓝牙系统的基本组成包括天线、收发器、基带控制器。由此可知，在天线、RF收法器和基带控制器的支持下，蓝牙系统的组成可以十分灵活，即可实现多种不同的实现方案。

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