蓝牙局域网接入点的嵌入式实现

一. 引言

蓝牙技术将计算和通讯很好地结合起来，根据网络的概念提供点对点和点对多点的无线链接，使人们能随时随地地进行数据信息的交换与传输。随着各种蓝牙终端设备的普及，为它们提供局域网访问的嵌入式局域网接入点会有广泛的应用场合。使用篮牙无线通信的直接网络接入要优于同等条件下的有线接入，随着各种蓝牙终端设备的普及，为它们提供局域网访问的嵌入式接入点会有广泛的应用场合。

　　本文所介绍的局域网接入点 LAP(LANAccess Point)解决了蓝牙设备对有线网络的访问问题，它不同于目前基于Windows开发平台的蓝牙网关。如图一所示，本嵌入式局域网接入点类似于一个小小插件，直接插在现有的有线网络拓扑结构里，只是在最后一步才是无线的，这样就有效地利用了已有网络资源，需要更少的配制和干预，也更接近人们的使用习惯，让各种蓝牙终端设备便利的接入现有的局域网，给蓝牙技术的推广应用带来极大的方便。蓝牙局域网接入点实现了蓝牙协议子集中的LAN Access Profile，对于已经实现TCP/IP协议的蓝牙设备，蓝牙局域网接入点可以运行PPP 协议与该类蓝牙设备实现通讯，从而达到将该类蓝牙设备接入到Ethernet及Internet的目的。

　　二. 系统硬件结构

　　本系统的硬件主要由两大部分组成：蓝牙模块和嵌入式微处理器，另外还有电源、键盘、显示等辅助电路。图二给出了篮牙局域网接入点LAP (LAN Access Point)的硬件框图。蓝牙模块采用爱立信的 BOM4E，它将无线射频、基带、链路控制器和管理器封装在一起。在模块中，无线层和链路控制器通过硬件来实现，而链路管理器在固件中实现，将该模块附着在一个主机设备上后，该设备就具有了蓝牙无线通信的功能。蓝牙模块的射频单元功率也符合FCC关于ISM频段的要求，采用时分双工(TDD)方案来实现全双工传输。蓝牙模块通过UART接口同微处理器通讯，它提供了标准的主机控制器接口(Host Control Interface), 允许包括应用在内的高层协议访问基带层、链路管理层以及其他的硬件寄存器，主机发射和接受数据时，无论是同步业务还是异步业务都是通过HCI来传送。当接收到来自微处理器的HCI命令后，模块可以进入某一种给定的操作模式，比如，完成一种鉴权操作，或者执行一个设备的寻呼状态。反之，模块可以通过HCI事件向高层协议传送一个设备请求操作结果等。

　　微处理器是本系统的核心部分，负责蓝牙中间层协议的处理、网络协议的实现以及整个系统的控制功能。IP2022是一款高性能的微处理器，它有两个全双工串化解串接口(Ser/Des),能方便地同蓝牙模块以及网络接口相连。它包含64K FLASH数据存储器，20K SRAM程序存储器。内置三个定时器和一个硬件看门狗。微处理器的网络处理功能通过以太网接口RJ45直接将蓝牙无线网络接入到局域网络(LAN)中。它能进行数据的上传和下行，既能将无线接收到的数据打包为标准的TCP/IP包上传到局域网，也能接受来自局域网上的数据。用户可以使用预创建软件模块和配置工具，对IP2022进行编程和重编程，为各种设备间通信和人机通信创建真正的单片式网络应用方案。在模块内部实现了物理层、链路层、网络层协议及部分应用层协议，在网络传输层，可以进行TCP、UDP传输，在应用层，有FTP文件传输等服务。

　　三. 软件协议栈

　　蓝牙的核心部分是协议栈，蓝牙协议栈允许多个设备进行相互的定位、连接和交换数据，并能实现互操作和交互式的应用。蓝牙的协议栈分别运行在蓝牙模块及微处理器上面，是管理系统资源、控制硬件、通过HCI对来自主机的命令进行处理、完成蓝牙功能的嵌入式软件。由于本系统的蓝牙模块提供了基带的功能和实现链路管理器协议，主机是通过HCI层来控制蓝牙的，所以系统要做的工作就是要给主机提供HCI的接口，并在HCI接口上开发中间层协议以及为应用提供应用接口。在蓝牙的协议中，蓝牙主机软件实现L2CAP功能和上层HCI的驱动程序;PPP、IP、TCP/UDP等协议归属于TCP/IP协议，已经相当成熟，并且被绝大多数操作系统实现，在本系统中由微处理器IP2022来完成。设计协议和协议栈的主要原则是尽可能利用现有的各种高层协议，保证现有协议与蓝牙技术的融合以及各种应用之间的互通性，充分利用兼容蓝牙技术规范的软硬件系统。协议栈(如图三)的各种单元在逻辑上可以被分为三组：底层协议组、中间件协议组、应用协议组。

　　1) 底层协议组：这个协议组包含的协议主要用于使篮牙设备能确认彼此的相互位置，并且能够创建、配置和管理物理以及逻辑的链路，以便使高层协议和上层应用经这些链路利用传输协议来传输数据。这个协议组包括无线、基带、链路控制器和管理器协议。本系统采用的蓝牙模块已经固化有蓝牙的底层协议，并且提供了标准的访问接口(HCI)，不再这里讨论。

　　2) 中间协议组：这是本系统需要开发的核心部分，包括有逻辑链路控制及适配协议(L2CAP)、服务搜索协议(SDP)、基于TS07.10的串口仿真协议(RFCOMM)。

　　3) 应用协议组：本系统实现了篮牙的协议子集LAN Access Point(LAP)，这种应用模式在蓝牙连接上使用IETF的点到点协议(PPP)，PPP是一种广泛使用的Internet标准，为IP通讯提供了主机配置和准备，PPP是为在同等单元之间传输数据包这样的简单的链路而设计的。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。PPP为基于各种主机、网桥和路由器的简单连接提供一种共通的解决方案。使用PPP是LAP的关键，PPP适用于数据接入点和数据终端间的连接。IP网络业务能够在PPP链路上传输，PPP在设计时已经考虑到了要在串行连接上使用，因此在LAP中PPP可以运行在串口仿真协议RFCOMM之上。UDP、TCP&IP是由IETF定义，主要用于Internet上的通讯。