嵌入式移动设备蓝牙数据传输协议与实现

　　引言

　　由于微电子技术与集成电路技术的进步，使得计算机设备的体积进一步缩小，功耗不断降低。而且随着产品体积的日益减小和对应功耗的降低，使得各种移动、便携式产品越来越广泛地被应用于人们的日常生活中；但由此产生的网络连接和信息交换问题也越发突出。现在，各种移动设备间的无线通信产品已经成为众多厂商正在努力开发的目标。蓝牙技术正是在这样的一种环境下产生的。蓝牙技术致力于构建体积小，功耗低，并能够深度嵌入到其他设备或随身携带的产品；使用蓝牙技术可以实时处理数据、语音、图像，甚至是视频信息。

　　2010年7月7日蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）宣布，正式采纳蓝牙4．0核心规范（Bluetooth Core Specification Version 4．0），并启动对应的认证计划。会员厂商可以提交其产品进行测试，通过蓝牙4．0后将获得蓝牙4．0标准认证。该技术拥有极低的运行和待机功耗，使用一粒纽扣电池甚至可连续工作数年之久。同时还拥有低成本、跨厂商互操作性、3 ms低延迟、100 m以上超长距离、AES-128加密等诸多特色，可以用于计步器、心律监视器、智能仪表、传感器物联网等众多领域，蓝牙技术将在未来的短距离无线通信中发挥巨大作用。

　　本文就基于嵌入式设备上的蓝牙数据传输技术，重点研究了蓝牙协议体系和应用框架，以及嵌入式蓝牙数据传输软件的实现。

　　1 蓝牙协议概述

　　蓝牙协议栈是蓝牙通信规范的核心部分，如图1所示。蓝牙协议规定了蓝牙设备的定位、之间的互连操作，以及如何建立连接交换数据，从而可以在蓝牙设备之间进行无缝交互式应用。蓝牙协议采用了网络通信中常用的分层结构，分别完成数据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量（QoS）、协议的复用和分用等功能。蓝牙技术的一个主要任务就是能够使使用相同蓝牙协议的本地设备和远端设备互联互通，而不需要额外的资源和操作。

　　

　　从协议的重要性上，蓝牙协议体系可以分为4个层次，即核心协议层、串口协议层、电话控制协议层和可选协议层。各个层还包含了各种具体的协议：

　　（1）核心协议层：逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）、基带、链路管理协议（LMP）、服务发现协议（SDP）；

　　（2）串口协议层：串口仿真协议（RFCOMM）；

　　（3）电话控制协议层：电话控制二元协议（TCSBinary）与AT-Command规范；

　　（4）可选协议层：点到点协议（PPP）、对象交换协议（OBEX）、UDP／TCP／IP协议、无线应用环境（WAE）、无线应用协议（WAP）、红外移动通信（IrMC）、vCard、vCal。

　　2 蓝牙数据传输系统设计

　　2．1 蓝牙应用框架

　　在蓝牙协议体系结构的基础上，蓝牙规范还定义了通用的蓝牙应用框架。应用框架重点选择了标准蓝牙协议中的消息和操作，描述了完整的蓝牙应用操作过程。应用框架的提出大大提高了不同厂家蓝牙产品的互操作性，这给用户带来了便利。在蓝牙通用应用框架中，定义了4个通用框架，它们是实现具体的蓝牙应用的规范和基础。这4个应用框架是：通用访问框架（Generic Access Profile，GAP）、串口仿真框架（Ser ial Port Proflle，SPP）、服务发现应用框架（Service Discovery Application Profile，SDAP）、通用对象交换框架（Generic Object Exc hange Profile，GOEP）。这4个通用框架之间的关系如图2所示。