通信網(wǎng)banner.jpg)
相關(guān)專題：
摘 要：ROK101 007藍(lán)牙通信芯片是愛(ài)立信（Ericsson）公司推出的一款適合于短距離藍(lán)牙通信的無(wú)線基帶模塊。它集成度高、功耗小、完全兼容藍(lán)牙協(xié)議V1．1，可嵌入任何需要藍(lán)牙功能的設(shè)備中，文中介紹了ROK101 007的結(jié)構(gòu)、功能、各接口管腳以及常用HCI指令的用法。
關(guān)鍵詞：藍(lán)牙（bluetooth）；無(wú)線通信；ROK101 007
1藍(lán)牙技術(shù)及芯片簡(jiǎn)介
藍(lán)牙技術(shù)是一種用于替代在便攜或固定電子設(shè)備上使用的電纜或連線的短距離無(wú)線連接技術(shù)。其設(shè)備使用全球通行的、無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可的2．45GHz頻段，可實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)和語(yǔ)音傳輸，傳輸速率可達(dá)到10Mbps，在支持3個(gè)話音頻道的同時(shí)還支持高達(dá)723．2kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。也就是說(shuō)，在辦公室、家庭和旅途中，無(wú)需在任何電子設(shè)備間布設(shè)專用線纜和連接器，而通過(guò)藍(lán)牙遙控裝置即可形成一點(diǎn)到多 點(diǎn)的無(wú)線連接，即在該裝置周圍組成一個(gè)“微網(wǎng)”，網(wǎng)內(nèi)任何藍(lán)牙設(shè)備都可與該裝置互通信號(hào)。藍(lán)牙設(shè)備的一般有效通信范圍為10米，強(qiáng)的可以達(dá)到100米左右。
愛(ài)立信（Ericsson）公司是藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)起人，該公司出品的藍(lán)牙芯片ROK101 007是一款適合于短距離通信的無(wú)線／基帶模塊，該藍(lán)牙模塊集成度高，功耗小，完全兼容藍(lán)牙協(xié)議V1．1，可嵌入任何需要藍(lán)牙功能的設(shè)備中。該模塊包括基帶控制器，無(wú)線收發(fā)器，閃存等部件，可提供高至HCI（主機(jī)控制接口）層的功能。此外，該模塊還提供有USB、UART和PCM接口，因而能方便地與主機(jī)（host）進(jìn)行通信，另外，該模塊還同時(shí)支持藍(lán)牙語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸，且其輸出功率能滿足藍(lán)牙2級(jí)操作的要求。
2內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各功能塊介紹
ROK101 007是一款完全依據(jù)藍(lán)牙協(xié)議V1．1開發(fā)的藍(lán)牙芯片，它包含無(wú)線收發(fā)器（PBA313 01／2）、基帶控制器、閃存、電源管理模塊和時(shí)鐘五個(gè)功能模塊。圖1所示是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
2．1無(wú)線收發(fā)器
無(wú)線收發(fā)和信號(hào)調(diào)制功能是通過(guò)PBA31301／2完成的。該芯片是一個(gè)工作在2．4～2．5GHz的ISM頻段的近距離微波射頻收發(fā)器。其最大TX＆RX數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbit／s，可以最大限度地利用無(wú)需認(rèn)證的ISM頻段，可在79個(gè)信道（2．402～2．480GHz）之間快速地跳頻（1600個(gè)信道／秒），使用GFSK調(diào)制方式，通道帶寬為1MHz，頻率偏差在140kHz～175kHz之間，能滿足藍(lán)牙二級(jí)操作，其最大輸出功率為4dBm，且不需要功率控制。安裝天線之后，其傳輸距離可達(dá)10米，符合ISM頻段的FCC和ETSI標(biāo)準(zhǔn)。該模式中的PBA31301／2以Radio ASIC為基礎(chǔ)，且內(nèi)含環(huán)路濾波器（Loop Filter）、壓控振蕩器（VCO）、天線過(guò)濾器（Antenna Filter）、RX和TX變換器等六個(gè)操作模塊。利用Radio ASIC可完成信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)；而在環(huán)路濾波器（Loop Filter）、壓控振蕩器（VCO）和RadioASIC構(gòu)成的鎖相環(huán)中，可以濾除Radio ASIC輸出中誤差電壓的高頻成分和噪聲，從而保證環(huán)路所要求的性能，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性；交換控制器（switch）的作用是協(xié)調(diào)接收器（RX）和發(fā)送器（TX）的工作，以保證藍(lán)牙的全雙工傳輸。天線濾波器（Antenna Filter）的作用是對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行帶通濾波。
2．2基帶控制器
通常使用一個(gè)基于ARM7－Thumb的芯片并通過(guò)串行口（UART）或USB接口來(lái)控制無(wú)線收發(fā)器�；鶐t負(fù)責(zé)處理底層的鏈路層功能。其功能包括：
●CVSD語(yǔ)音編碼；
●頭錯(cuò)誤校驗(yàn)（HEC）生成及校驗(yàn)；
●前向糾錯(cuò)（FEC）生成及校驗(yàn)；
●循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）生成及校驗(yàn)；
●數(shù)據(jù)擾碼；
●有效數(shù)據(jù)加密和解密；
●跳頻序列的選擇。
2．3閃存
ROK101 007中的閃存以二進(jìn)制碼的格式存放在藍(lán)牙固件（Firmware）之中，它可與基帶控制器交換數(shù)據(jù)、地址和控制信號(hào)。藍(lán)牙固件包括鏈路管理器（Link Manager）和主機(jī)控制接口（HCI）。
a．鏈路管理器（Link Manager）
通過(guò)鏈路管理器可實(shí)現(xiàn)鏈路管理協(xié)議（LMP），以負(fù)責(zé)處理底層鏈路控制方面的功能，圖2所示是藍(lán)牙鏈路管理層以下協(xié)議棧的示意圖。它的主要功能包括：
●設(shè)備間鏈路的建立；
●生成、交換并檢查加密密鑰；
●協(xié)調(diào)基帶分組大��；
●功率模式的切換；
●一個(gè)微微網(wǎng)（piconet）中設(shè)備的連接狀態(tài)。
每個(gè)藍(lán)牙設(shè)備都可以通過(guò)LMP與另一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的鏈路管理器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。LM和LM的通信不必通過(guò)主機(jī)干涉。
b．主機(jī)控制接口（HCI）
ROK101 007中的主機(jī)控制接口提供有一個(gè)調(diào)用和訪問(wèn)基帶控制器和鏈路控制器以及硬件狀態(tài)和控制寄存器的命令接口，也就是說(shuō)，它提供了一個(gè)訪問(wèn)藍(lán)牙基帶功能的統(tǒng)一方法。藍(lán)牙主機(jī)通過(guò)HCI驅(qū)動(dòng)程序提供的一系列命令來(lái)控制藍(lán)牙接口。除這些命令外，藍(lán)牙的HCI固件接到命令后，還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)事件返回給主機(jī)以用來(lái)指示接口的狀態(tài)變化。藍(lán)牙主機(jī)和HCI之間的傳輸共有三類數(shù)據(jù)：HCI命令包、HCI事件包和HCI數(shù)據(jù)包。
HCI命令包是從主機(jī)發(fā)往藍(lán)牙的HCI。HCI事件包則從藍(lán)牙的HCI發(fā)往主機(jī)。HCI數(shù)據(jù)包既可從主機(jī)發(fā)往HCI，也可從HCI發(fā)往主機(jī)，它包括無(wú)連接的（ACL）數(shù)據(jù)和同步連接的（SCO）數(shù)據(jù)。
上述三類數(shù)據(jù)通過(guò)HCI傳輸層可在藍(lán)牙主機(jī)和HCI之間進(jìn)行傳輸。HCI傳輸層定義了每一類數(shù)據(jù)如何封裝和通過(guò)接口硬件進(jìn)行復(fù)用的規(guī)則。ROK101007支持UART和USB傳輸層。
2．4時(shí)鐘和電源模塊
ROK101 007模塊的內(nèi)置時(shí)鐘頻率為13MHz。該時(shí)鐘應(yīng)由一個(gè)晶體振蕩器產(chǎn)生，以保證定時(shí)的精確度在20ppm之內(nèi)。另外，ROK101 007的VCC電源典型值為3．3V。
3芯片接口和主要管腳介紹
ROK101 007與主機(jī)或其它設(shè)備互聯(lián)時(shí)，有USB、RART和PCM語(yǔ)音接口等三種接口方式。
3．1 USB接口
ROK101 007的USB接口符合USB1．1規(guī)范，通過(guò)雙向端口D＋和D－的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到12Mbps。當(dāng)使用USB接口與主機(jī)通信時(shí)，ROK101 007是一個(gè)USB從設(shè)備（slave）。與該接口有關(guān)的管腳有：
●D＋（B1），D－（B2）：用于數(shù)據(jù)傳輸，其中括號(hào)內(nèi)的字母和數(shù)字表示其管腳號(hào)（下同）。
●Wake up（B4），Detach（C1）：專用于與筆記本電腦的互聯(lián)，主要用來(lái)控制筆記本電腦的狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)處于掉電模式時(shí)，如果藍(lán)牙系統(tǒng)收到建立連接的請(qǐng)求，Wake up信號(hào)就會(huì)“喚醒”主機(jī)。主機(jī)的“掛起（suspend）”可通過(guò)Detach信號(hào)來(lái)指示。
3．2 UART接口
ROK101
007的UART接口標(biāo)準(zhǔn)符合工業(yè)規(guī)范16C450，它支持的波速率有（單位：bits／s）：300，600，900，1200，1800，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200，230400和460800。使用愛(ài)立信自定義的一條HCI命令HCI Ericsson Set Uart Baud Rate可改變UART接口的波速率。該接口中還有128字節(jié)的先入先出（FIFO）緩沖器。與該接口有關(guān)的有四個(gè)管腳，具體如下：
●TxD（B5），RxD（A5）：用于收發(fā)數(shù)據(jù)；
●RTS（A6），CTS（B6）：用于數(shù)據(jù)流控制。
3．3 PCM語(yǔ)音接口
標(biāo)準(zhǔn)的PCM語(yǔ)音接口的采樣速率為8kHz。PCM時(shí)鐘頻率在200kHz和2．0MHz之間可調(diào)。語(yǔ)音編碼可采用CVSD（連續(xù)可變斜率增量調(diào)制）、u律（8bit）或A律（8bit）三種調(diào)制方式。考慮到編碼的健壯性，應(yīng)首先選擇CVSD。與PCM語(yǔ)音接口有關(guān)的管腳信號(hào)有：
●PCM SYNC（A3）：用于設(shè)置PCM數(shù)據(jù)的采樣速率。
●PCM OUT（A2），PCM IN（A1）：用于接收或發(fā)送語(yǔ)音編碼信號(hào)。這兩個(gè)管腳信號(hào)的運(yùn)行方向可在編程進(jìn)行時(shí)調(diào)整。
另外，管腳ANT（T2）是天線接口，應(yīng)連接阻抗為50Ω的天線。
4 HCI指令及應(yīng)用
ROK101 007芯片可提供高至HCI層的功能，支持藍(lán)牙協(xié)議v1．1的大多數(shù)HCI指令。另外，該芯片還支持愛(ài)立信公司自定義的一些指令，指令的操作組段（OGF）均為0x3F，其中說(shuō)明指令是廠商為了測(cè)試、調(diào)試而自定義的指令。
圖3給出了主機(jī)如何利用HCI指令建立兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接示意圖，圖中主機(jī)和藍(lán)牙芯片是通過(guò)串口（UART）相連的。其中Host A被置于呼叫（Page）模式，它可主動(dòng)與其它藍(lán)牙設(shè)備建立鏈接，因而稱為主設(shè)備（Master）。而Host B則被置于呼叫掃描（Page Scan）模式，用于響應(yīng)其它藍(lán)牙設(shè)備建立鏈接的要求，稱為從設(shè)備（Slave）。
下面具體介紹建立連接過(guò)程中需用的主要HCI指令。
4．1芯片復(fù)位Reset
該命令用于復(fù)位藍(lán)牙主控制器、鏈路管理器和無(wú)線設(shè)備。在復(fù)位完成后，藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)入待機(jī)模式。
圖3利用HCI指令建立兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接示意圖
該命令完成后，主機(jī)將收到指令完成事件（Command Complete Event），如果參數(shù)Status＝0x00，說(shuō)明復(fù)位命令成功。
另外，主機(jī)還需要設(shè)置藍(lán)牙主控制器的一些參數(shù)，所用到的HCI命令如下：
●Read Buffer Size：該命令用來(lái)讀出從主機(jī)到主控制器發(fā)送HCIACI和SCO數(shù)據(jù)分組的數(shù)據(jù)部分的最大值。
●Set Event Filter：該命令用來(lái)通過(guò)主機(jī)指定不同的事件過(guò)濾器，以便使主控制器只發(fā)送與主機(jī)有關(guān)的事件。
●Write Scan Enable：（只用于從設(shè)備）該命令通過(guò)設(shè)置參數(shù)Scan Enable，可將藍(lán)牙設(shè)備置于查詢掃描（Inquiry Scan）或（和）呼叫掃描（Page Scan）模式。
●Write Voice Setting：用于寫入語(yǔ)音連接的各種參數(shù)設(shè)置值。
●Write Authentication Enable：用于寫入WriteAuthentication的參數(shù)值，該參數(shù)可用于控制是否有本地設(shè)備在建立連接時(shí)鑒權(quán)遠(yuǎn)程設(shè)備。
上述HCI指令可用來(lái)建立主機(jī)與主機(jī)控制器之間的連接，但它們不涉及兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備鏈路管理器（LM）之間LMP消息包的交換。
4．2查詢?cè)O(shè)備（Inquiry）
該指令可使藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)入查詢模式，以用于搜索鄰近的藍(lán)牙設(shè)備。
每一個(gè)應(yīng)答查詢消息的藍(lán)牙設(shè)備都返回一個(gè)查詢結(jié)果事件（Inquiry Result Event），以報(bào)告該設(shè)備的藍(lán)牙地址（BD ADDR）、呼叫掃描模式（Page ScanMode）等參數(shù)。查詢結(jié)束后，主控制器將發(fā)送查詢完成事件（Inquiry Complete Event）信號(hào)，事件中的狀態(tài)參數(shù)可用于表示查詢是否成功。
4．3建立ACL（異步不鏈接）鏈路（Create_Connection）
該指令可使發(fā)起鏈接設(shè)備的鏈路管理器創(chuàng)建與指令參數(shù)BD ADDR指定的藍(lán)牙設(shè)備之間的相互鏈接。發(fā)起鏈接的設(shè)備開始呼叫進(jìn)程，以建立與處于呼叫掃描模式的其它藍(lán)牙設(shè)備的鏈接。當(dāng)LM確定鏈接已經(jīng)建立起來(lái)時(shí)，建立鏈接的兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的主控制器將分別向各自的主機(jī)發(fā)送鏈接完成事件指令（ConnectionComplete Event）。如果該指令執(zhí)行成功，鏈接完成事件將包含連接句柄的標(biāo)識(shí)符（唯一標(biāo)示該鏈接的12位標(biāo)識(shí)符）。
在ACL鏈接建立后，藍(lán)牙設(shè)備之間即可傳送A－CL數(shù)據(jù)包。
4．4建立SCO（同步面向鏈接）鏈路（Add SCO Con－nection）
由于SCO鏈接一般采用預(yù)留的時(shí)隙來(lái)傳輸數(shù)據(jù)分組，因此該鏈接方式類似于電路交換連接。它主要用于語(yǔ)音等實(shí)時(shí)信號(hào)的傳輸。該指令雖然能夠使藍(lán)牙設(shè)備創(chuàng)建SCO鏈接，但是，其前提是設(shè)備之間的ACL鏈接已經(jīng)存在。
同樣，當(dāng)鏈接建立后，主機(jī)會(huì)收到鏈接完成事件的指示信息（Connection Complete Event）。這樣，在該指令執(zhí)行成功以后，系統(tǒng)即可通過(guò)芯片的PCM接口傳送語(yǔ)音信號(hào)。
4．5斷開連接（Disconnect）
該指令主要用于終止現(xiàn)有鏈接，其指令參數(shù)Connection_Handle主要用于決定要斷開哪個(gè)連接。斷開連接后，主機(jī)會(huì)收到鏈接斷開完成事件（Disconnection_Complete_Event）指令，其狀態(tài)參數(shù)可用于指示鏈接斷開是否成功。
參考文獻(xiàn)
1．Bluetooth Specifications Version1．1
2．ROK101 007 Data Sheet．Ericssion Microelectronics， 2000
摘自《國(guó)外電子元器件》
