蓝牙HCI-UART主控制接口的FPGA设计与实现

文章摘要：图3 发送器状态图（3）接收器模块：当检测到接收信号线rxd 上有电平变化时[10]，即通过检测协议帧的格式接收数据， 如果格式正确则将数据存储起来，否则放弃本次数据，同时产生错误标志信号。设计实现采用有限状态机， 为了保证数据接收的正确性，数据采集都在时钟中间时刻完成。接收过程分为五个状态（空闲idle，起始 位检测start_check，接收数据rec_data，奇偶校验位检测parity_check，停止位检测stop_check），接 收过程如图4 所示。图4 UART 接收器状态图3.2 HCI 的设计蓝牙HCI 分组在串行连接传输层的成帧是简单地加一个标识头（用16 进制表示）：0

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　　图3 发送器状态图

　　（3）接收器模块：当检测到接收信号线rxd 上有电平变化时[10]，即通过检测协议帧的格式接收数据， 如果格式正确则将数据存储起来，否则放弃本次数据，同时产生错误标志信号。设计实现采用有限状态机， 为了保证数据接收的正确性，数据采集都在时钟中间时刻完成。接收过程分为五个状态（空闲idle，起始 位检测start_check，接收数据rec_data，奇偶校验位检测parity_check，停止位检测stop_check），接 收过程如图4 所示。

　　图4 UART 接收器状态图

　　3.2 HCI 的设计

　　蓝牙HCI 分组在串行连接传输层的成帧是简单地加一个标识头（用16 进制表示）：01H 表示指令分组， 02H 表示ACL 数据分组，03H 表示SCO 数据分组，04HH 表示事件分组。根据HCI 的基本工作原理与HCI 分组的特点，HCI 的实现主要有四个功能模块组成，包括HCI 命令处理模块（command_handle），HCI 事 件处理模块(event_handle)，HCI 数据处理模块(data_handle)，收发控制模块(rec_tra_controller)。其组成框图 如图5 所示：

　　图5 HCI 控制器的组成

　　HCI 接口通信过程包括如下几个部分：

　　1）蓝牙系统初始化（initial）；

　　2）系统准备好后，进入查询状况（inquiry）；

　　3）建立数据连接（creat_connection）；

　　4）数据传输(transmit)；

　　5）断开连接(disconnect)；

　　首先，蓝牙主从设备进行初始化；接着蓝牙的主设备在范围内用Inquiry 命令分组查找其他的蓝牙设 备。然后，主设备会收到对应的蓝牙从设备的应答信息,其包括有事件分组包和从机地址包。之后，蓝牙 主设备向从设备发送Create_Connection 的命令分组，然后，主设备会收到一个连接完成的事件分组 Connection_Complete，表示两机之间已经建立了连接。这样，两个蓝牙设备之间就可以进行数据的通信， 即建立连接。当数据传输完成后，断开主从设备之间的连接，系统重新复位，一个数据传输过程就结束了。

　　4 仿真与验证

　　本设计采用分模块设计，在 Quartus II 9.0 下完成设计和综合，且经过Modelsim*a 的仿真验证。 同时在搭建的硬件通信测试平台下测试过，证明该设计确实可行。 5 5 结束语

　　HCI 是实现蓝牙协议栈时必须实现的一个部分。它是蓝牙上层协议控制底层硬件的接口，首先要根据 具体应用的需要选择合适的传输层，并尽可能的为上层协议提供友好的API，在硬件实现中，UART 传输层具有其他传输层无法比拟的优点。

　　本文创新在于从工程实际开发角度出发，提出了一种基于FPGA 的蓝牙HCI-UART 全硬件实现方式，缩 短了开发周期，降低开发成本，具有一定的工程参考价值。

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