基于嵌入式平台的系统实现
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作者: 江山
[摘 要]目前用于实现蓝牙技术的系统有很多，蓝牙芯片的类型、结构和功能也各有不同。本文针对嵌入式的设计的探讨的主要设计部分是基于蓝牙的Ad Hoc网络的模块设计。
[关键词]嵌入式 平台 蓝牙芯片
中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0052-01
1 系统实现的硬件平台介绍/设计
1.1 功能定义
无线层，也就是RF层，是蓝牙规范定义得最底层。其主要任务是处理空中接口数据的发送和接收，包括载波产生、载波调制、发射功率等。
基带层负责信道编码和解码，底层的定时控制以及对单个分组传输的链路进行管理。无线层和基带层共同组成的时蓝牙的物理层。
链路控制层（LM）负责信道编码和解码、底层的定时控制以及对单个分组传输的链路进行管理。
为了使设计的蓝牙模块和主机都能够互相通信，蓝牙规范定义了蓝牙模块和主机之间的接口――主机控制接口（HCI）。HCI是蓝牙协议中软硬件之间的接口，HCI层以上的协议软件实体运行在主机上，而HCI层以下的功能有蓝牙模块来完成。另外，主机控制器置于蓝牙模块内，用于解释从主机接收到的信息，并将其正确发送到蓝牙模块的相应部件中执行，以及收集蓝牙模块各部件的状态信息并传送给主机。
1.2 工作原理
蓝牙基带控制器也是蓝牙模块中的关键部分。它主要的功能是在微处理器的控制下，实现蓝牙基带部分的实时处理（对接受的比特流进行符号定时提取和恢复），报文头及净荷的循环冗余度校验、报文头及净荷的前向纠错处理和发送处理、加密和解密处理。一般蓝牙基带控制器主要包括链路控制序列发生器、可编程序列发生器、内部语音处理器、共享RAM仲裁器及定时链管理、加密解密功能处理等单元组成。蓝牙基带控制器主要实现蓝牙模块的基带层。
2 基于ARM9硬件平台的相关软件设计
2.1 BOOTLOADER载入程序设计
Bootloader是系统加电后运行的第一段代码。对于嵌入式系统来说，是非常重要的一部分。嵌入式系统通过bootloader完成整个系统的加载启动任务。通过bootloader初始化硬件设备，建立内存空间的映射图，可以最终调用操作系统内核准备好正确的环境。嵌入式系统在上电或复位时执行的bootloader从地址0x00000000开始。根据基于蓝牙的Ad Hoc研究的具体要求，选择bootloader的vivi版本，vivi是韩国Mizi公司开发的bootloader，适用于ARM9处理器。它有启动加载模式和下载模式两种。
2.2 Linux内核移植
Linux内核主要有5个子系统组成：进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口、进程间通信。
/arch子目录包括了所有硬件结构特定的内核代码；/drivers子目录包括了内核中所有的设备驱动程序；/fs子目录包括了所有的文件系统的代码；/include子目录包含了建立内核代码时所需的大部分库文件，这个模块利用其他模块重建内核；/init子目录包含了内核的初始化代码；/ipc子目录包含了进程间的通信代码；/kernel子目录包含了主内核代码；/mm子目录包含了所有内存管理代码；/net子目录包含了和网络相关的代码。
2.3 嵌入式设备驱动设计
嵌入式系统有许多设备用于与用户交互，内核通过所有这些设备各自的设备驱动程序来控制它们，包括GUI用户应用程序也通过访问这些驱动程序来访问设备。
系统调用使操作系统内核和应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口，设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，设备驱动程序是内核的一部分。
设备驱动程序的任务包括自动配置和初始化子程序，负责检测所要驱动的硬件设备是否存在和是否能正常工作，若可以，对这个设备及其相关的设备驱动程序需要的软件状态进行初始化。
设备驱动程序在设备初始化的时候向内核登记，Linux维护已经登记的设备驱动程序列表，作为和他们接口的一部分。
3 蓝牙技术应用系统的开发应用
由于蓝牙技术具有开放性、低成本、低功耗、体积小、点对多点连接、语音与数据混合传输、良好的抗干扰能力，以及强调移动性和易用性应用环境等方面的特点，使得蓝牙技术在各种短距离通信环境中广泛应用。目前蓝牙技术已经成熟，对于蓝牙技术的越来越多的关注和研究更使蓝牙技术日渐完善。蓝牙技术发展趋势可以概括以下几点：
（1）小型企业吸引资金，投资者寻找有发展前途的小型企业，目的是共同在技术上找到突破点，使价格降下来。
（2）解决蓝牙的互操作性问题，目前的产品一致性测试都已经没问题，但是无法互通，蓝牙技术只有成为无线通信的世界语才有意义，目前的2164个成员还是略显得单薄。
（3）对国内的企业来说，关键的是要找到开发应用的目标，有针对地开发出创新的应用产品，避免与国外企业的冲突。
（4）考虑蓝牙技术与其他技术的共存性，蓝牙技术只是WLAN中重要的技术，有起局限性，WLAN网的实现需要几种技术的结合完成，大的公司往往不仅参与一个标准、一项技术的开发，比如英特尔，既参加蓝牙，又参加IEEE802，HOMERF等。
（5）从技术上讲，蓝牙技术要向单芯片方向发展。
（6）蓝牙技术与其他相同标准的干扰的解决、蓝牙技术的耗电、蓝牙技术的体积等等方面有所突破。
而制约蓝牙技术普及的关键是使收发设备低价格化和国家对可利用频率带宽的规定。由于采用了低的数据传输速度和传输距离，因此蓝牙相应设备可以实现低价格化、低耗电化。每个模块刚推出时估计为20～30美元，随着大量生产和采用高频CMOS技术，2001年其价格可降到每个5美元。此外关于频率带宽的规定，各国政府也在积极进行放宽对2.4GHz频带使用的限制。
参考文献
[1] 方旭明，移动Ad Hoc网络研究与发展现状。数据通信，2003，4：15-18
[2] 林鸿，丁文芳，高强，一种蓝牙分散网拓扑结构创建和网络路由分布式算法.计算机研究与发展，2003，40（3）：201-207
[3] 申辉贤，基于蓝牙的Ad Hoc网络形成协议研究：[西南交通大学硕士学位论文].成都：西南交通大学，2004，1-2
作者简介
江山（1977.11―― ），男，上海市，工程师，研硕，方向：计算机、网络、信息传输。
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