基于BlueCore2External藍(lán)牙芯片的USB接口設(shè)計(jì)

1前言
　　藍(lán)牙是一種全新的無(wú)線數(shù)據(jù)交換技術(shù)，他的應(yīng)用省卻了各種數(shù)字設(shè)備之間需要經(jīng)過(guò) 復(fù)雜的軟件安裝與調(diào)試的有線連接過(guò)程，做到緊緊咬合、無(wú)縫連接，使各種電子設(shè)備與家用 電器融為一體，給人們的生活和工作帶來(lái)全新的感受。

　　藍(lán)牙技術(shù)集成到各種數(shù)字設(shè)備中的方式有2種：一種是單微控制器方式，即所有的藍(lán)牙低層傳輸協(xié)議（包括藍(lán)牙射頻、基帶與鏈路控制器、鏈路管理器）與高層傳輸協(xié)議（包括邏輯鏈 路控制與適配協(xié)議、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、串口仿真協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)封裝協(xié)議等）以及用戶應(yīng)用程序都 集成到一個(gè)模塊當(dāng)中，整個(gè)處理過(guò)程由一個(gè)微處理器來(lái)完成；另一種是雙微控制器方式，即 藍(lán)牙協(xié)議與用戶應(yīng)用程序分別由主機(jī)和主機(jī)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)（低層傳輸協(xié)議一般通過(guò)藍(lán)牙硬件模塊實(shí)現(xiàn)，模塊內(nèi)部嵌入的微處理器稱為主機(jī)控制器，高層傳輸協(xié)議和用戶應(yīng)用程序在個(gè)人計(jì)算機(jī)或嵌入的單片機(jī)、DSP等上運(yùn)行，稱為主機(jī)），主機(jī)和主機(jī)控制器之間通過(guò)標(biāo) 準(zhǔn)的物理總線接口（USB，RS 232等）連接。

　　在藍(lán)牙的主機(jī)－主機(jī)控制器連接模型中，主機(jī)接口HCI（Host Controller Interface）作為藍(lán)牙軟件協(xié)議堆棧中軟硬件之間的接口，他提供了一個(gè)控制基帶與鏈路控制器、鏈路管理器、狀態(tài)寄存器等硬件的統(tǒng)一接口。目前，藍(lán)牙HCI傳輸層的物理接口有通用串行總線USB，串行端口RS 232、通用異步收發(fā)器UART等。當(dāng)主機(jī)和主機(jī)控制器通信時(shí)，HCI層以上的協(xié)議 在主機(jī)上運(yùn)行，而HCI層以下的協(xié)議由藍(lán)牙主機(jī)控制器硬件完成，他們通過(guò)HCI傳輸層進(jìn)行通信。主機(jī)和主機(jī)控制器中都有HCI，他們具有相同的接口標(biāo)準(zhǔn)。主機(jī)控制器中的HCI解釋來(lái)自主機(jī)的信息并將信息發(fā)向相應(yīng)的硬件模塊單元，同時(shí)還將模塊中的信息（包括數(shù)據(jù)和硬件/固件信息）根據(jù)需要向上轉(zhuǎn)發(fā)給主機(jī)。如圖1所示為藍(lán)牙主機(jī)－主機(jī)控制器模型。

　　藍(lán)牙主機(jī)－主機(jī)控制器模型方案采用了CSR公司的BlueCore2External藍(lán)牙芯片的藍(lán)牙模塊、附加模塊和對(duì)接對(duì)象模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的USB接口。

2藍(lán)牙模塊、附加模塊和對(duì)接對(duì)象模塊概述
2.1藍(lán)牙模塊
2.1.1BlueCore2External芯片
　　BlueCore2External是一個(gè)單一芯片無(wú)線電和基帶鏈路控制器的BlueTooth 2.4 GH z系統(tǒng)，他采用0.18 μmCMOS技術(shù)集成了射頻、基帶和帶有全部集成藍(lán)牙協(xié)議棧的MCU以 及收發(fā)器。工作電源為1.8 V，相對(duì)該公司的第一代藍(lán)牙產(chǎn)品BlueCore1提高了內(nèi)部的RAM(3 2 kB)，對(duì)擴(kuò)展的外部FLASH提高到了8 Mb,且能量消耗更低。采用BlueCore2Extern al芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)減少了外部射頻元件的數(shù)目，確保產(chǎn)品模塊的成本減到最小。裝置合并自動(dòng)校正和建立內(nèi)部的自我測(cè)試程序使發(fā)展簡(jiǎn)單化,類型一致和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)測(cè)試。所有的硬件和裝 置固件都與BlueTooth規(guī)格v1.1完全適用。若配合使用包含有CSR藍(lán)牙協(xié)議棧的外部閃存，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信。該芯片除了藍(lán)牙規(guī)范v1.1中定義的USB接口和UART接口，以及PCMCODEC音頻接口外，還定義了串行外設(shè)接口，并行可編程I/O端口和I2C總線接口，這些接口使得編程仿真、調(diào)試和測(cè)試更加方便，也大大加強(qiáng)了與外部設(shè)備的接口能力。該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.2MBM29LV800BA90PBT閃存器芯片
　　MBM29LV800BA90PBT是FUJITSU公司生產(chǎn)的8 Mb閃速存儲(chǔ)器。他是通過(guò)每8 b1 MB方式或者每16 b512 kB組織起來(lái)的，3.3 V單電源供電，具有編程和擦 除功能，可將系統(tǒng)電源需求減到最小，支持JEDEC控制標(biāo)準(zhǔn)，與E2PROM使用相同的控制軟件。?

2.2附加模塊
　　附加模塊由2塊芯片組成即MAX878芯片和XC6209B182MR芯片，這是2塊電壓轉(zhuǎn)換芯片,主要 為藍(lán)牙模塊中的BlueCore2External芯片及閃存芯片MBM29LV800BA90PBT提 供電壓。這2塊芯片的電壓由對(duì)接對(duì)象模塊USB設(shè)備提供,由于USB插座均由PC機(jī)內(nèi)部獲得5 V電源，而B(niǎo)lueCore2External芯片需1.8 V和3.3 V兩種電源，閃存芯片MBM29LV 800BA90PBT需3.3 V單電源，故電壓轉(zhuǎn)換芯片需完成由5 V轉(zhuǎn)換到1.8 V和3.3 V。MAX878芯片完成由5 V到3.3 V的轉(zhuǎn)換，XC6209B182MR芯片完成由3.3 V到1.8 V的轉(zhuǎn)換。

2.3對(duì)接對(duì)象模塊USB
　　USB是由“通用串行總線實(shí)施論壇”組織公開(kāi)發(fā)布推廣的一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙沒(méi)有為USB 接口開(kāi)發(fā)新的協(xié)議，而是使用已有的USB協(xié)議。USB接口支持符合藍(lán)牙規(guī)范v1.1，可以和其他數(shù)字設(shè)備兼容通信，USB設(shè)備硬件能夠以2種方式裝入設(shè)備中，一種是形狀類似于U盤(pán)的US B dongle；另一種是集成到電腦的主板上面。具體藍(lán)牙USB接口端點(diǎn)的配置請(qǐng)參考藍(lán)牙規(guī)范1.1。

　　綜上所述，具體設(shè)計(jì)的硬件信號(hào)流程如圖3所示。

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3軟件程序?qū)崿F(xiàn)
　　對(duì)于USB硬件驅(qū)動(dòng)程序可以使用微軟提供的軟件開(kāi)發(fā)包DDK，該軟件包為驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者提供 了用于開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序所需的資源文件、編譯連接程序、開(kāi)發(fā)技術(shù)文檔等。藍(lán)牙協(xié)議沒(méi)有為US B接口開(kāi)發(fā)新的協(xié)議，而是使用已有的USB協(xié)議,限于篇幅，對(duì)于USB接口硬件驅(qū)動(dòng)程序部分不 再詳述。只著重介紹通過(guò)藍(lán)牙HCI傳輸層USB的物理接口來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙連接和數(shù)據(jù)通信。以VC++6.0為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，由于條件所限，只給出點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的藍(lán)牙連接和通信的程序，至于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的只需對(duì)某些參數(shù)稍做修改。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的軟件的流程框圖如圖4所示。

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代碼如下：
　　(1) 打開(kāi)設(shè)備，同時(shí)要開(kāi)啟HCI事件，HCI ACL，HCI SCO三個(gè)從主機(jī)控制器返回到主機(jī)上的事件的線程：
　　
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　　(2) 對(duì)本地藍(lán)牙設(shè)備配置
　　
　　通過(guò)調(diào)用此函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)牙設(shè)備的配置，包括連接建立最大的響應(yīng)時(shí)間、尋呼最大響應(yīng)時(shí)間、加密、鑒權(quán)、流量控制、讀取本地藍(lán)牙設(shè)備的名字以及本地藍(lán)牙設(shè)備地址BD_ADDR等。

　　(3) 查詢有效范圍內(nèi)的其他藍(lán)牙設(shè)備
　　
　　在查詢成功的同時(shí)通過(guò)HCI事件線程Get_HCI_Event()獲取對(duì)方藍(lán)牙設(shè)備的地址和雙方的時(shí)鐘偏差，這2個(gè)是決定在下一步是否能建立ACL連接的關(guān)鍵參數(shù)。

　　(4) 建立ACL連接  
　　
　　
　　在建立ACL連接成功的同時(shí)，通過(guò)HCI事件線程Get_HCI_Event()獲取ACL連接句柄，在以后建立SCO連接以及發(fā)送ACL數(shù)據(jù)都將使用這個(gè)句柄來(lái)完成相應(yīng)的操作。

　　(5) 建立SCO連接
　　
　　在建立SCO連接成功的同時(shí)，通過(guò)HCI事件線程Get_HCI_Event()獲取SCO連接句柄，在以后進(jìn)行發(fā)送SCO數(shù)據(jù)時(shí)要使用這個(gè)句柄來(lái)完成相應(yīng)的操作。

　　(6) 建立完ACL和SCO連接后，就可以進(jìn)行ACL和SCO數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，通過(guò)線程Get_ACL_Data()，Get_SCO_Data()獲取ACL和SCO數(shù)據(jù)
　　
　　(7) 斷開(kāi)連接
　　
參考文獻(xiàn)

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