摘要：通過對藍牙協(xié)議棧和智能傳感器功能要求的分析，討論用于智能傳感器設計的嵌入式藍牙協(xié)議棧SoC的基本結構，以及功能組成要求。根據討論結果，設計相應的SoC電路結構。

    關鍵詞：藍牙 基帶 智能傳感器 SoC

    引 言

藍牙技術是一種無線數據與數字通信的開放性規(guī)范。它以低成本、近距離無線連接為基礎，為固定與移動設備建立了一種完整的通信方式和技術。藍牙技術的實質是建立通用無線接口及其控制軟件的標準，使移動通信與計算機網絡之間能實現(xiàn)無縫連接，由此，為不同廠家生產的便攜式設備提供了近距離(10m~100m)范圍內的互操作通道。

    在工業(yè)控制系統(tǒng)和許多應用領域，隨著電子技術的發(fā)展，目前控制器和傳感器已經實現(xiàn)了智能化。在一般的傳感器或測試儀表中，大量使用CPU 控制下的數字化技術，因此，許多控制系統(tǒng)或傳感器系統(tǒng)已經實現(xiàn)了數字化傳輸。如果在數字化的控制系統(tǒng)和傳感器中嵌入藍牙技術，則可以實現(xiàn)系統(tǒng)數據和控制命令的無線傳輸，這對于許多應用領域都是十分重要的。

    本文通過對藍牙協(xié)議棧結構的討論，提出一個嵌入式SoC 器件結構。這個嵌入式SoC器件是一種具有藍牙通信功能的SoC 器件；SoC 中的CPU 對用戶開放，用戶可以使用這種結構的SoC 器件實現(xiàn)智能傳感器或控制器單元。
                
    1 藍牙協(xié)議棧

    藍牙技術規(guī)范1.0 版本作了如下規(guī)定。

① 藍牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(Industrial ，Scientific and Medical)免付費、免申請的無線電頻段。

② 采用快速確認和跳頻技術，以確保鏈路的穩(wěn)定。

③ 采用二進制調頻(FM)技術的跳頻收發(fā)器，抑制干擾和防止衰落。

④ 采用前向糾錯(FEC)技術，抑制長距離鏈路的隨機噪聲。

⑤ 數據傳輸速率為1Mb/s 。

⑥ 采用時分雙工傳輸，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的結合。

⑦ 一個跳頻頻率發(fā)送一個同步分組，每個分組占用一個時隙，也可擴展到5個時隙。

⑧ 支持一個異步數據通道，或3個并發(fā)的同步語音通道，或一個同時傳送異步數據和同步語音的通道。每一個語音通道支持64Kbps 的同步話音。異步通道支持最大速率為721Kbps 、反向應答速率為57.6Kbps 的非對稱連接，或者是432.6bps 的對稱連接。

    目前，工作在2.4GHz 頻段上的無線局域網技術中，除了藍牙技術外，還有IEEE802.11、HomeRF 和紅外技術�？偟膩碚f，IEEE802.11 比較適合于辦公室無線網絡，HomeRF 適用于家庭中的移動數據、語音設備等與主機之間的通信，而藍牙技術則可以應用于任何允許無線方式替代線纜的場合。
                  
     在實際應用中，藍牙技術的應用一般采用嵌入式技術。在應用系統(tǒng)中嵌入藍牙協(xié)議棧，可為系統(tǒng)提供一個透明的無線網絡通信層。

    藍牙技術協(xié)議棧的設計只有符合藍牙技術規(guī)范的要求，才能實現(xiàn)不同廠家產品的無縫對接。藍牙技術規(guī)范(specification)包括協(xié)議(protocol)和應用規(guī)范(profile)兩個部分。完整的藍牙協(xié)議棧如圖1 所示。

    協(xié)議規(guī)范中定義了各功能元素的工作方式，提供了藍牙技術實現(xiàn)中功能元素間的橫向體系結構。應用規(guī)范則介紹了實現(xiàn)特定應用模型，描述了各層協(xié)議間的協(xié)同機制，從而提供了技術實現(xiàn)的縱向體系結構。

    藍牙協(xié)議包括核心協(xié)議層、替代電纜協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和選用協(xié)議層。

① 核心協(xié)議。核心協(xié)議包括基帶協(xié)議、鏈路管理協(xié)議(LMP)、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP)、服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)。

② 替代電纜協(xié)議。替代電纜協(xié)議包括串行電路仿真協(xié)議(RFCOMM)，用于實現(xiàn)數據的轉換。

③ 電話替代協(xié)議。本協(xié)議包括二元電話控制規(guī)范(TCS Binary)與AT-命令(AT-command)。用于提供音頻通信的處理規(guī)范和相應的控制命令。

④ 選用協(xié)議。選用協(xié)議與用戶的應用有關，包括點到點協(xié)議(PPP)、用戶數據報/傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網協(xié)議(UDP 和TCP/IP)、目標交換協(xié)議(OBEX)、無線應用協(xié)議(WAP)、無線應用環(huán)境(WAE)、vCard 、vCal 、紅外移動通信(IrMC)。選用協(xié)議層的具體內容由應用系統(tǒng)根據需要選擇。

    除了以上協(xié)議層外，藍牙協(xié)議棧中還應包括二個接口：