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1 關于藍牙 “藍牙”是一項令人振奮的技術，它利用微波取代傳統中錯綜復雜的電纜，使家庭或辦公場所的移動電話、便攜式計算機、打印機、復印機、鍵盤、耳機及其它手持設備實現互聯互通，將人們從無數的連接電纜中解放出來，自由方便地構成自己的個人網絡。有了藍牙，你甚至不用掏出你的移動電話，就可以用PDA（個人數字助理）通過口袋中的移動電話查閱新聞、訂票以及進行其它電子商務活動，無拘無束、自由自在。這個由愛立信公司于1995年提出的概念已廣泛地為業界所接受，從SIG（藍牙特殊利益集團）的成員就可以看出業界對它的重視程度。SIG的九個成員包括愛立信、諾基亞、摩托羅位、3COM、IBM、INTEL等，都是各自行業的“領導者”。目前，這一技術已經有2000多家支持廠商。藍牙技術的應用非常廣泛，來自IDC的數據預測，到2005年全球圍繞移動設備、桌面設備和其它設備將有40億藍牙產品被廣泛應用，具有極大的市場潛力。 作為取代數據電纜的短距離無線通信技術，藍牙支持點對點及對多點的通信，它以無線方式將家庭或辦公室中的各種數據和語音設備聯成一個微微網（Piconet），幾個微微網還可以進一步實現互聯，形成一個分布式網絡（Scatternet），從而在這些聯接設備之間實現快捷而方便的通信聯系。藍牙的工作頻段為全球開放的2.4GHz ISM（工業、科學、醫學）頻段，由于就保證施行者可以毫無障礙地使用藍牙設備。由于ISM頻段是對所有無線電都開放的頻段，汽車、微波爐等將有可能成為其不可預測的干擾源，因此對藍牙特別設計了快速確認和跳頻方案以確保連接的穩定和數據保密。在目前公布的藍牙規范“Bluetooth V1.0”中，數據傳輸速率最大為721kbit/s，通信距離為10m,若加大發射功率，通信距離可達100m。 2 藍牙系統結構 MT1020基帶控制器和PH2401無線收發器分別由MITEL公司和PHILSAR公司提供，兩者配合可構成完整的低功耗的藍牙模塊，提供高至HCI（主機控制接口）層的功能。它們在藍牙系統中的位置如圖1所示。 MT1020基帶控制器負責藍牙基帶部分的功能，完成基帶以及鏈路的管理，包括對SCO（同步）和ACL（異步）連接方式的支持、差錯控制、物理層的認證與加密、鏈路管理等；PH2401實現數據的無線接收和發送；虛線以上部分由用戶根據不同的應用需求來實現。特別值得一提的是，在該藍牙模塊解決方案中，即將推出的改進型基帶控制器MT1020B可提供20K的用戶ROM，使用戶可以利用其內嵌的低功耗、高性能的32位ARM7TDMI內核，從而簡化用戶設計，實現最低楞耗、最高集成度的藍牙產品。 3 藍牙芯片組簡介 3.1 MT1020的內部結構及各功能塊介紹 MT1020由嵌入式微處理器和藍牙基帶外設組成，如圖2所示。在該芯片中，系統仙部時鐘可以低至5MHz、內核供電電壓為2V、硬件解碼、支持DMA傳輸，所有這些使得該芯片具有超低功耗。 3.1.1 基帶外設 基帶外設以最小的開銷完成重要的藍牙操作，它掛在“向上集成模塊總線（Uintegration Module Bus）”上，由以下幾個功能塊組成。 3.1.1.1 總線接口 總線接口完成微處理器與基帶外設之間的通信，基帶外設內各個模塊之間使用專門的BT總線傳送數據。 3.1.1.2 鏈路控制器 鏈路控制器與PH2401無線收發器接口，需要發送的數據在鏈路控制器中被裝配，加上同步字、幀頭以及CRC校驗字，并且被白化，是否進行加密可由用戶選擇；收到的數據由在此被解碼、檢錯。 3.1.1.3 隊列管理器 隊列管理器完成緩沖RAM與鏈路控制器以及USB或串行主機與音頻接口之間的智能DMA傳輸。它能識別不同格式的藍牙數據包，并能進行相互轉換。 3.1.1.4 緩沖RAM 專門用于存儲藍牙數據包和變量，容量為12K Byte。 3.1.1.5 音頻編解碼器 音頻編解碼器是一個全雙工的編解碼器，包括麥克風放大器和耳機驅動器，其聽數字轉換器能夠進行線性PCM、A律PCM、μ律PCM及CVSD（連續可變斜率增量調制）之間的相互轉換。 3.1.2 嵌入式微控制器內核 嵌入式微處理器由32位RISC架構的ARM7TMDI中內處理單元、專用的模塊交互總線（Inter-Module Bus）和其它一些功能塊組成。 3.1.2.1 ARM7TDMI處理器 ARM7TDMI是一款性能優異的嵌入式CPU，具有極快的運算速度和很低功耗，利用其內部的Thumb指令壓解器可支持16位指令，并支持擴展調試、快速乘法等功能，它通過模塊交互總線其它功能塊交換數據。 3.1.2.2 外設控制器 外設控制器是MT1020A中內部總線與外部總線進行通信的主要通道，它支持動態總線寬度，并能產生訪問外設所需要的控制信號。 3.1.2.3 串行I/O 串行I/O用來連接各種串行接口器件，例如與串行EEPROM、串行時鐘等器件接口。 3.1.2.4 中斷控制器 ARM7TDMI處理器接受兩種中斷請求：普通中斷請求和快速中斷請求。根據用戶所需要的優先級，所有中斷都可設置成兩種類型中的一種。中斷控制器能處理八個外部中斷和兩個內部中斷。外部中斷可被編程設置成電平觸發或沿觸發。為減少中斷響應的延遲時間，對每種類型的中斷，中斷控制器能進行硬件優先級判斷，從而加快對中斷的實時響應。 3.1.2.5 定時器/計數器 MT1020A提供兩個雙獨立32位定時器/計數器，它們與系統時鐘同步，可以在程序中輪詢，也可設置成溢出中斷，并能自動重裝。 3.1.2.6 DMA控制器 在該控制器中有兩個DMA引擎，它們可以配置成一對，從而支持ARM7TDMI中任意位置兩個內存塊的DMA傳輸。當然，它們也可獨立使用。 3.1.2.7 通用異步收發器 通用異步收發器接口形式為RS-232，支持硬件握手和XON/XOFF軟件協議，收發通道上各有一個緩沖器，可以在程序中輪詢，也可使用中斷形式。器件內部的波特率發生器用來產生需要的數據速率。 3.1.2.8 系統存儲器 系統存儲器掛在UIM總線上。MT1020有20KB的內部靜態RAM，用于程序變量的存儲。用戶需要外掛一個外部ROM/FLASH來存儲藍牙鏈路控制和管理協議代碼。在MT1020的下一個版本中，將提供片上ROM，并具備存儲用戶代碼的能力，從而簡化用戶設計，降低功耗。 3.2 PH2041藍牙無線收發器功能 PH2401單片無線收發器用砷化鎵工藝制造，具有高集成度、超低功耗、體積小等優點，專門優化用于2.4GHz無線個人系統，完全兼容藍牙規范“Bluetoooth V1.0”。它工作于2.4GHz的ISM頻段，以每秒1600次的速度在79個頻道（2.402GHz-2.408GHz）上快速跳頻，最大位傳輸速率可達1Mbit/s。 PH2401采用調制指數為0.3的高斯頻移鍵控制（GFSK）調制方式，信道帶寬為1MHz，頻偏在140kHz-175kHz之間，滿足藍牙2級和3級操作， 送功率可在-10dBm-+2dBm之間編程設定，發射范圍為10-100m。接收器由RF-IF下變頻器、自動增益控制(AGC)、濾波器、雙通道模/數轉換器及調制器組成。 基帶控制器通過串行總線與PH2401接口。通過對其內部寄存器的讀寫實現跳頻、調諧等其它控制。 4 藍牙無繩電話 由MT1020和PH2401構成的藍牙模塊提供高至HCI的功能，因此可以很方便地利用它構成藍牙系統。我們采用該芯片組設計了藍牙無繩電話。 根據藍牙規范對無繩電話的協議要求，無繩電話實現協議棧如圖3所示。 通過服務發現協議（SDP），子機尋找通信范圍內所有藍牙設計信息和服務類型，從而與無繩電話主機建立連接。語音呼 叫的控制信令則在二元電話控制協議（TCS Binary）中定義。邏輯鏈路控制應用協議（L2CAP）向上層提供面向連接和無連接的邏輯鏈路。傳輸上層協議數據。語音流不經過邏輯鏈路控制應用協議（L2CAP），直接與基帶控制器連接，使用連續可變斜率增量調制（CVSD）技術，以獲得高質量傳輸的音頻編碼。 藍牙無繩電話子機的基本電話框圖如圖4所示。 MCU不僅完成對鍵盤、顯示器的控制，而且實現TCS Binary、DSP和L2CAP協議，受話送話器直接與MT1020基帶控制器連接，系統簡潔、可靠，具有很好的性能價格比。 |
