如何在手持式電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)“藍(lán)牙”功能

如何在手持式電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)“藍(lán)牙”功能
    “藍(lán)牙”（Bluetooth）是一項(xiàng)成本低廉的無(wú)線短程網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)的目的是要
使之適用于一切移動(dòng)電子產(chǎn)品。具有“藍(lán)牙”功能的電子產(chǎn)品可以非常容易地在一
個(gè)小范圍內(nèi)組成一個(gè)臨時(shí)的專用網(wǎng)絡(luò)，并使這些產(chǎn)品通過(guò)此網(wǎng)絡(luò)方便迅速地和打印
機(jī)、Internet節(jié)點(diǎn)、同一小組的其他同事接通，并傳送信息�！八{(lán)牙”將在蜂窩手
持電話和PDA之間、PDA和筆記本電腦之間、筆記本電腦和局域網(wǎng)之間、以及在其它
一切電子產(chǎn)品之間，建立一種標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線電連接，以取代臃腫的電纜連接。
    為什么取名為“藍(lán)牙”？它和口腔中牙齒的功能并沒(méi)有任何聯(lián)系，寓意在于
“聯(lián)合”。在北歐的歷史上，有一位受到人們稱贊的丹麥國(guó)王，他的綽號(hào)（瑞典語(yǔ)）
叫“藍(lán)牙”。由于他的努力實(shí)現(xiàn)了丹麥和挪威的聯(lián)合。因此，稱此項(xiàng)技術(shù)為藍(lán)牙，
寓意在于聯(lián)合。
    “藍(lán)牙”方案是由Intel、IBM、愛(ài)立信、諾基亞和東芝等公司發(fā)起，于1998年
5月組成的SIG（Bluetooth Spe－cial Interest Group）提出并制訂的。SIG受到
廣泛的支持，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)在已經(jīng)有1200個(gè)成員。隨后又由微軟、3Com、朗訊
和Motorola發(fā)起成立藍(lán)牙推動(dòng)集團(tuán)（Bluetooth Promoter Group）。1999年2季度
完成并公布了藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的1.0版本。這已經(jīng)是一個(gè)可以執(zhí)行的方案了。于是在
1999年年底和今年年初的展覽會(huì)上，不斷出現(xiàn)應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)的電子產(chǎn)品，深受人們
的歡迎。另外一方面，不少?gòu)S家也在軟件和硬件方面進(jìn)行了許多開(kāi)發(fā)工作，可以為
電子產(chǎn)品制造廠商提供多種水平的零部件，以及各種設(shè)計(jì)服務(wù)。
    對(duì)于“藍(lán)牙”如此迅速的興起，有人說(shuō)歷史上還沒(méi)有哪一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)被應(yīng)用得如此
迅速�，F(xiàn)在已經(jīng)不是采用不采用藍(lán)牙的問(wèn)題，而是如何采用的問(wèn)題了。電子產(chǎn)品如
何加入“藍(lán)牙”？
    在電子產(chǎn)品中增加“藍(lán)牙”系統(tǒng)時(shí)，需要考慮產(chǎn)品上市期限、產(chǎn)品的外形體積
限制、成本和技術(shù)來(lái)源等問(wèn)題。也需要考慮是自己從頭開(kāi)發(fā)還是外購(gòu)？是部分外購(gòu)
還是全套外購(gòu)？這些問(wèn)題又互相聯(lián)系，需要仔細(xì)分析解剖。
    此外，對(duì)于移動(dòng)無(wú)線電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，由于體積重量十分重要，技術(shù)變化快，上
市的期限要求十分苛刻，因此對(duì)集成化的需求十分迫切，而且在實(shí)現(xiàn)集成化的同時(shí)
還需要保持產(chǎn)品的特殊個(gè)性。但是集成化還是有其優(yōu)越性，總括起來(lái)集成化可以帶
來(lái)以下的好處：
    可以減少零部件的數(shù)量和縮小產(chǎn)品體積；
    ·可以縮短產(chǎn)品上市的時(shí)間；
    ·完整的RF模塊可以降低本企業(yè)對(duì)RF專業(yè)人才的需求；
    由于零部件的減少減少，了材料供應(yīng)清單的項(xiàng)目，減輕了對(duì)供應(yīng)的壓
    ·由于采用的是經(jīng)過(guò)認(rèn)證的方案，可以避免繁瑣的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證手續(xù)；
    但是，并不是說(shuō)集成得越徹底就越好。需要根據(jù)對(duì)產(chǎn)品的綜合要求，結(jié)合企業(yè)
的實(shí)際情況和當(dāng)時(shí)的外部協(xié)作環(huán)境，全面權(quán)衡各種利弊因素，作出妥善的決定。
    RF—一實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的瓶頸之一
    它包括一個(gè)完整的RF發(fā)射和接收部分，一個(gè)以微處理器為核心的基帶（BB）部
分，存儲(chǔ)低層協(xié)議的存儲(chǔ)器，以及和電子產(chǎn)品主機(jī)部分的接日。藍(lán)牙在2.4GHz的ISM，
即工業(yè)、科研和醫(yī)療衛(wèi)生頻段工作。除了法國(guó)、西班牙和日本以外，頻率范圍為
2404～2.4835GHz（上述三個(gè)國(guó)家在此頻帶內(nèi)有一些頻率不能使用。因此如果設(shè)計(jì)的
產(chǎn)品有可能銷往以上國(guó)家時(shí)，跳頻的算法需要考慮以上的限制）。
    通路寬度為1MHz，大多數(shù)國(guó)家，上保護(hù)頻帶為2MHz，下保護(hù)頻帶為3.5MHz。為
了減少干擾，采用跳頻技術(shù)。以每秒1600次的頻率在79個(gè)通路內(nèi)跳頻。數(shù)據(jù)傳輸總
速率為1M位／秒。以時(shí)分多路制式實(shí)現(xiàn)雙工通信。藍(lán)牙在發(fā)射時(shí)，不另加功率放大
器時(shí)，天線上的輸出功率為0dBm，通信距離可達(dá)10米。加上放大器通信距離可達(dá)
100米。接收部分的靈敏度不能低于-70dBm。
    由于數(shù)字化的廣泛開(kāi)展，年輕的工程師大都投向數(shù)字技術(shù)專業(yè)，有能力的RF專
家普遍缺乏。除非是有實(shí)力的大企業(yè)，一般企業(yè)很少有能力獨(dú)立開(kāi)發(fā)RF產(chǎn)品。多數(shù)
廠家外購(gòu)RF零部件。完整的RF部分，有的是以模塊的形式提供，有的可以提供單個(gè)
的芯片。愛(ài)立信公司可以提供RF模塊和基帶模塊。用戶可以單獨(dú)購(gòu)買RF模塊，自己
配基帶部分；也可以同時(shí)購(gòu)買。
    愛(ài)立信的RF模塊工作頻率范圍為2.4～2.6GHZ。它的基帶模塊采用的處理器型
號(hào)為ARM7TDMI Thumb模塊中包括存儲(chǔ)器，2個(gè)16c450UART通用通信接口和基帶控制
器。
    Philsar公司可以提供適合于藍(lán)牙系統(tǒng)應(yīng)用的單片RF收發(fā)器，型號(hào)為PH2401。
它內(nèi)部包括壓控振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、中頻濾波器等線路。不需要
外接濾波器和振蕩晶體。為了適合不同的主機(jī)，如頭戴送受話機(jī)、電話手機(jī)、手持
式計(jì)算機(jī)等的需要，可以分別提供不同的分型號(hào)。與它配套的基帶芯片是由Mitel
公司開(kāi)發(fā)的DMT1020A。同樣，既可以配套購(gòu)買，也可以單獨(dú)購(gòu)買。MT1020A內(nèi)部包
括有嵌入的微控制器、藍(lán)牙系統(tǒng)基帶專用外圍部件、音頻編譯碼器、程序存儲(chǔ)器、
通用ADC、以及用于和主機(jī)連接 USB及UART接口。
    軟件如何解決？
    支持藍(lán)牙低層協(xié)議的程序以目標(biāo)碼格式存放在基帶的存儲(chǔ)器中。藍(lán)牙的上層
協(xié)議需要主機(jī)的處理器來(lái)支持。實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙系統(tǒng)時(shí)，需要取得上層協(xié)議的原程序，
并將其集成到主機(jī)的應(yīng)用程序中去�；鶐ж�(fù)責(zé)處理從RF模塊來(lái)的信號(hào)�；鶐е械�
嫩件Link Manager（LM）負(fù)責(zé)控制鏈路的建立、鑒別、配置和其它低層協(xié)議的執(zhí)
行。LM還負(fù)責(zé)和其它LM相識(shí)別，并通過(guò)鏈路管理協(xié)議和它們建立通信聯(lián)系。LM為
以下的各種服務(wù)，例如發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，詢問(wèn)和回答命名標(biāo)識(shí)，訪問(wèn)所屬的鏈路
控制器LC（Link  Controller），從事連接的建立和鑒別等�？偠�言之，是基帶
和LM建立了藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的連接。
    主機(jī)通過(guò)主機(jī)控制器接口HCI（Host Controller interface）和低層協(xié)議進(jìn)
行通信。負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員，一般是在外購(gòu)RF和基帶技術(shù)時(shí)，也得到
了LM、HCI和低層協(xié)議，但是需要在主機(jī)的應(yīng)用軟件中安裝HCI驅(qū)動(dòng)器和其它的上
層協(xié)議（如L2CAP、SDP、RFCOMM等），才能實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)藍(lán)牙的支持。
    上層協(xié)議支持藍(lán)牙的profile（協(xié)議于集）概念。所謂profile是指針對(duì)某一
類應(yīng)用優(yōu)化了的協(xié)議集合，（例如對(duì)于傳真的profile，對(duì)于撥號(hào)上網(wǎng)的profile，
對(duì)于文件傳輸?shù)膒rofile等）。藍(lán)牙的整個(gè)協(xié)議組成一個(gè)協(xié)議集（protocol stack），
每個(gè)profile使用協(xié)議集的一片（slice）。此協(xié)議集支持該項(xiàng)應(yīng)用。2個(gè)藍(lán)牙系統(tǒng)
必須采用同樣的協(xié)議集，才能具有互操作性。為了保證電子產(chǎn)品之間在一定的應(yīng)
用方面能夠交互操作，設(shè)計(jì)人員需要為一定的應(yīng)用準(zhǔn)備好標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議集和子集。
如果有足夠的時(shí)間和合適的人才，企業(yè)當(dāng)然可以自己建立集和相應(yīng)的子集。
    愛(ài)立信公司作為藍(lán)牙的發(fā)起人之一，已經(jīng)宣布可以出售藍(lán)牙軟件協(xié)議案的使
用許可證。如何利用愛(ài)立信這樣的廠商提供的技術(shù)？藍(lán)牙設(shè)計(jì)人員可以從哪里得
到HCI驅(qū)動(dòng)器，它符合藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，支持必須采用的HCI命令，并提供所選擇子集所
需選用的命令。愛(ài)立信既提供上層協(xié)議，也協(xié)助開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)OS和硬件適配層。
這樣安排的目的是讓設(shè)計(jì)人員能夠在開(kāi)發(fā)具有特點(diǎn)的應(yīng)用工作主集中精力，當(dāng)然
這些應(yīng)用是以協(xié)議作為基礎(chǔ)的。而藍(lán)牙的軟件協(xié)議棧則依賴第三方提供。
    當(dāng)初為藍(lán)牙系統(tǒng)設(shè)想的目標(biāo)是在達(dá)到生產(chǎn)階段后所增加的成本為20美元。進(jìn)
一步集成可使成本降低到5美元左右。嵌入式藍(lán)牙系統(tǒng)是將RF和基帶部分做在一
塊芯片上。雖然芯片的價(jià)格有所上升，但是簡(jiǎn)化了整機(jī)的裝配工作，降低了功率
消耗及管理費(fèi)用。特別是上層軟件協(xié)議全部落在單一的芯片內(nèi)，藍(lán)牙系統(tǒng)自己不
需主機(jī)干預(yù)，就可以運(yùn)行L2CAP和RFCOMM。此時(shí)主機(jī)的處理器如Pentium，可以處
于休眠狀態(tài)。對(duì)于主機(jī)來(lái)說(shuō)，藍(lán)牙可以看作一個(gè)智能終端，通過(guò)UART、USB串接
接口相接。建立軟件協(xié)議集時(shí)所遇到的許多具體困難都可以避免了。如果產(chǎn)量能
夠超過(guò)500萬(wàn)件，總的成本還可以大大降低。
    下一代單芯片藍(lán)牙器件的目標(biāo)是特殊profile。Cambridge Silicon Radio公
司推出了兩種方案：Bluecore01和Bluecore02。芯片中包括頻率合成器、AGC和通
道濾波器等RF部件，以及基帶部分的16位微控制器，UART接口等，并裝有L2CAP、
RFCOMM和SDP等藍(lán)牙的上層協(xié)議。Bluecore01須外接快閃ROM。Bluecore02片上已
經(jīng)集成有ROM。在CeBIT2000展覽會(huì)上，Cambridge Sillcon Radio公司展出了用
Bluecore02芯片做成的藍(lán)牙系統(tǒng)，裝在筆記本電腦內(nèi)進(jìn)行無(wú)線連接。該公司聲稱
成本可以降低至5美元，Bluecore03是針對(duì)具體應(yīng)用分別設(shè)計(jì)的，并提供專門(mén)的
profile。從CeBIT2000展覽會(huì)上還展出了許多其它應(yīng)用藍(lán)牙的電子產(chǎn)品，充分說(shuō)
明當(dāng)前藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)成熟。
    藍(lán)牙和電子產(chǎn)品融為一體
    進(jìn)一步可以設(shè)計(jì)ASIC，將藍(lán)牙的基帶部分和電子產(chǎn)品的主機(jī)集成在一起，以
節(jié)約成本、縮小體積、減少功率消耗�？梢院虸C廠商協(xié)調(diào)，購(gòu)買藍(lán)牙的IP，并將
它集成到生機(jī)的ASIC中去。這樣可以掌握所有的接口，控制應(yīng)用情況所需要的一
切特性。成本降低的程度取決于藍(lán)牙基帶線路在ASIC中所占的比重。如果藍(lán)牙只
占很小的一部分，藍(lán)牙幾乎不增加成本。如果ASIC幾乎全部為藍(lán)牙服務(wù)，則ASIC
的費(fèi)用需要全部由游牙承擔(dān)，成本所降無(wú)幾。從長(zhǎng)遠(yuǎn)打算，藍(lán)牙的實(shí)現(xiàn)最終要走
自己開(kāi)發(fā)IC的道路。這種方法通常歸結(jié)為COT（customer owned tooling）方法。
只有這樣才能將整個(gè)產(chǎn)品的成本降到最低，才能全面地控制接口和特性，實(shí)現(xiàn)最
低的功率消耗，才能對(duì)產(chǎn)品的體積、外形起最大的決定作用。但是這樣一來(lái)，開(kāi)
發(fā)費(fèi)用將十分巨大，而且要承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)；需要有較長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃，需要增強(qiáng)開(kāi)發(fā)能力。
            結(jié)語(yǔ)
    綜合上述情況，在電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙功能，可以有許多種方式。從整套外
購(gòu)到局部或完全自主開(kāi)發(fā)；在集成的深度方面，也有外購(gòu)多種模塊，到單個(gè)芯片，
再到將藍(lán)牙系統(tǒng)融進(jìn)主機(jī)的ASIC中去。在不同的發(fā)展階段顯示不同程度的利弊。
企業(yè)可以根據(jù)自身情況，產(chǎn)品情況，以及發(fā)展規(guī)劃妥善選擇。總的原則是，盡可
能使自己集中精力用在產(chǎn)品的應(yīng)用上，使產(chǎn)品能夠卓爾不凡，突顯特有的風(fēng)格；
其次，根據(jù)對(duì)產(chǎn)品特征、外形和成本需要達(dá)到的各項(xiàng)目標(biāo)，選擇最佳的集成方案。

摘自《電子產(chǎn)品世界》