基于MCU實現(xiàn)藍(lán)牙與PC機(jī)之間HCI層傳輸

摘要： 分析了藍(lán)牙HCI層的主要功能，并簡述了藍(lán)牙HCI層數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹瑱C(jī)控制方案。HCI指令從RS232串口通過單片機(jī)的UART輸入，經(jīng)校驗后發(fā)送至藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊返回的HCI事件在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行分組打包后發(fā)送至PC機(jī)。
關(guān)鍵詞： 藍(lán)牙協(xié)議 HCI 單片機(jī) UART 藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙是正在興起的短距離無線通信技術(shù)，工作在2.4GHz ISM頻段。藍(lán)牙技術(shù)可在各種移動設(shè)備、計算機(jī)外設(shè)等數(shù)字設(shè)備間實現(xiàn)廉價的無線連接，靈活便捷地實現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換。本文介紹利用雙串口單片機(jī)在PC機(jī)與藍(lán)牙模塊間實現(xiàn)藍(lán)牙HCI層數(shù)據(jù)傳輸。
1 系統(tǒng)的硬件組成
采用愛立信生產(chǎn)的ROK 101 007藍(lán)牙模塊，使用51增強(qiáng)型單片機(jī)W77E58，用MAX3222進(jìn)行RS232轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

ROK 101 007藍(lán)牙模塊同時支持?jǐn)?shù)據(jù)和語音傳輸。主機(jī)與模塊間可以通過UART和I²C接口連接，射頻輸出功率等級為2級（2.5mW），支持點對多點連接。
W77E58單片機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)80C52管腳兼容，指令集與MCS-51兼容，具有兩個全雙工串口，12個中斷源，32KB大容量Flash存儲器，1KB片上SRAM。
2 藍(lán)牙主機(jī)控制器接口（HCI）
HCI層是藍(lán)牙協(xié)議棧中軟硬件之間的接口，它提供了一個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。HCI層以下的協(xié)議由藍(lán)牙模塊實現(xiàn)，HCI層以上的協(xié)議在主機(jī)上運行，它們通過HCI傳輸層進(jìn)行通信。主機(jī)與主機(jī)控制器通過HCI收發(fā)分組方式進(jìn)行信息交換，用指令-應(yīng)答（Command-Response）方式實現(xiàn)控制。
HCI分組有三種類型：指令分組（Command Packet）、事件分組（Event Packet）和數(shù)據(jù)分組（Data Packet）。指令分組只從主機(jī)發(fā)向主機(jī)控制器；事件分組只從主機(jī)控制器發(fā)向主機(jī)，用以說明指令分組的執(zhí)行情況；數(shù)據(jù)分組在主機(jī)和主機(jī)控制器間雙向傳輸。數(shù)據(jù)分組分為ACL數(shù)據(jù)分組和SCO數(shù)據(jù)分組。
3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計
本系統(tǒng)中藍(lán)牙模塊與單片機(jī)在同一塊印刷電路板上，可采用HCI的UART傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在單片機(jī)與PC機(jī)之間采用RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，用MAX3222芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。PC機(jī)與單片機(jī)之間分組傳輸格式如圖2所示。

3.1 PC機(jī)部分軟件設(shè)計
PC部分程序主要是開發(fā)藍(lán)牙應(yīng)用組件及在此組件基礎(chǔ)上構(gòu)建應(yīng)用程序。主要設(shè)計串口的驅(qū)動程序，并對HCI指令進(jìn)行函數(shù)封裝，提供相應(yīng)的應(yīng)用程序函數(shù)接口（API）。軟件主要包括串口驅(qū)動程序及HCI指令封裝部分等。組件部分接收應(yīng)用程序發(fā)來的各種操作請求并負(fù)責(zé)與自身的接口驅(qū)動程序及HCI封裝函數(shù)進(jìn)行通信。應(yīng)用程序需要做的只是對組件部分進(jìn)行串口及藍(lán)牙參數(shù)的設(shè)置，向其發(fā)送一定格式的命令和數(shù)據(jù)信息，以及實時的顯示及相應(yīng)的處理。
3.2 單片機(jī)部分軟件設(shè)計
本文中單片機(jī)的軟件設(shè)計是針對以MPU為主體的主機(jī)應(yīng)用模式。由于對HCI指令的處理已在應(yīng)用主體中以組件形式實現(xiàn)，故此時單片機(jī)部分軟件設(shè)計可不必考慮對HCI指令及事件的處理，所要做的是將主機(jī)發(fā)送的HCI信息經(jīng)過校驗后正確地發(fā)送給藍(lán)牙模塊，同時，將來自藍(lán)牙模塊的信息加上校驗后發(fā)往主機(jī)。
本部分軟件實現(xiàn)的全部功能是通過匯編語言開發(fā)的，用W77E58的第一個串口實現(xiàn)與PC機(jī)的通信，用第二個串口實現(xiàn)與藍(lán)牙模塊通信，流程圖如圖3所示。

本程序已經(jīng)過調(diào)試，數(shù)據(jù)傳輸正常，性能良好。
本文探討了應(yīng)用雙串口單片機(jī)實現(xiàn)藍(lán)牙HCI數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，給出了詳盡的通信流程及具體的軟硬件設(shè)計方案，系統(tǒng)在一些短距離無線傳輸應(yīng)用中有較好的應(yīng)用價值。
參考文獻(xiàn)
1 Bluetooth Special Interest Group. Specification of Bluetooth System Core v1.1[s]，2001
2 馬建倉．藍(lán)牙核心技術(shù)及應(yīng)用．北京：科學(xué)出版社，2003
3 張積東. 單片機(jī)51.98開發(fā)與應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，1992
4 Winbond Electronics Corp. Preliminary W77E58,1999