（通信与信息系统专业论文）蓝牙车载免提产品自动测试系统的研究.pdf

摘要 蓝牙( b l u e t o o t h ) 技术是一种短距离无线互连技术，它最初的目标是实现电 缆替代，取代现有的电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。它工作 在2 4 gi s m 频段，具有体积小、功率低等特点，目前已经成为数据传输速率要 求不高的移动设备和便携设备的无线互连标准。 本文首先介绍了蓝牙技术的基本原理，包括蓝牙基带、蓝牙射频、协议栈等， 同时结合作者的实际工作情况，介绍了蓝牙产品的测试原理。重点介绍了基于 安捷伦e 1 8 5 2 b 蓝牙综合测试仪的摩托罗拉蓝牙车载免提产品的自动化测试系 统，包括设备选型、系统集成、测试软件体系等。给出了基于v b 6 0 典型测试功 能的测试代码和基于p i c l 6 f 8 7 6 单片机的汇编代码( 用于用户输入接口u i m 的测 试) 。 本文作者是摩托罗拉公司天津生产基地的测试工程师。从2 0 0 3 年底所在的 事业部开始设计蓝牙车载产品，与之相对应，工厂必须设计出相应的测试系统以 满足生产产品的需要。从那时起，作者就开始进行蓝牙技术的研究和测试系统的 开发工作。经过两年多的努力，成功地开发出基于e 1 8 5 2 b 的蓝牙测试系统。目 前该系统己经在摩托罗拉公司天津厂正式使用，成为天滓厂蓝牙产品( 车载，耳 机) 的标准测试系统。经过一段时间的运行表明，该系统性能稳定可靠，能够满 足生产的需要，达到了预期的目标。 关键词：蓝牙e 1 8 5 2 bc s r 测试系统 a b s 玎r a c t b l u e t o o t ht e c h n o l o g yi sw i r e l e s st e c h n o l o g yf o rd e v i c e si n t e r - c o n n e c t i o ni n s h o r t - r a n g e i t so r i g i n a lt a r g e ti s “c a b l er e p l a c e m e n to rc o r d l e s s ”，t h a ti su s ew i r e l e s s t e c h n o l o g yt or e p l a c ea l lo ft h ec a b l e sb e t w e e nt h ep ca n di t sp e r i p h e r a l s ，c e l l u l a r p h o n eh a di t sa c c e s s o r i e s b l u e t o o t hw o r ki ni s mb a n d ，w i t hl o wp o w e ra n ds m a l li n d i m e n s i o n ，n o wi ti st h ew i r e l e s sc o n n e c ts t a n d a r df o rp o r t a b l ed e v i c e sa n do t h e r e q u i p m e n tt h a td on o tn e e dh i 曲d a t at h r o u g h o u ti ns h o r tr a n g e i nt h i s p a p e r , f i r s t l yi m r o d u c e db l u e t o o t hb a s i co p e r a t i o n t h e o r y i n c l u d e ： b a s e b a n d ，r a d i o ，p r o t o c o ls t a c k e t c a tt h es a m et i m e ，i n t r o d u c e db l u e t o o t ht e s t p r i n c i p l e sa sw e l ls i n c et h ea u t h o r sw o r k i n g c i r c u m s t a n c e t h e nf o c u so nt h e e 18 5 2 bb a s e da u t o m a t i ct e s ts y s t e mf o rb l u e t o o t hp r o d u c t ，i n c l u d et e s te q u i p m e n t s e l e c t i o n ，h a r d w a r ei n t e g r a t i o n ，t e s ts o t t w a r ea r c h i t e c t t t r e se t c a t t a c h e dv bs o u r c e c o d ef o rs o m ek e yt e s tf u n c t i o n sa n dp i c l 6 f 8 7 6a s ms o u r c ec o d ef o ru i m ( u s e r i n t e r f a c em o d u l e ) t e s t i n ga tt h ee n d n l ca u t h o ri sam o t o r o l at e s te n g i n e e ri nt i a n j i nm a n u f a c t u r es i t e f r o mt h ee n do f y e a r2 0 0 3 ，b l u e t o o t hc a rk i t sp r o j e c tk i c ko f fi nt h eg r o u pt h a tt h ea u t h o rb e l o n g st o ， a c c o r d i n g l yt h ef a c t o r yn e e dt os e t u pt e s ts y s t e mf o r t h ep r o d u c t i o n f r o mt h e no n ，t h e a u t h o rb e g i nt os t u d yb l u e t o o t ht e c h n o l o g ya n dt e s ts y s t e md e v e l o p m e n t t h r o u g h n e a r l y2y e a r sh a r dw o r k ，c o m p l e t ed e v e l o pe 1 8 5 2 bb a s e da u t o m a t i ct e s ts y s t e mf o r b l u e t o o t hp r o d u c t s n o wt h i ss y s t e mb e c o m et h es t a n d a r dt e s ts y s t e mf o rb l u e t o o t h a c c e s s o r y o a e a d s e t ，c a rk i t s ) a f t e rp e r i o do fr u n n i n g ，i ts h o w st h a tt h i ss y s t e mi ss t a b l e a n d 柚f i l l e dt h ep r o d u c t i o nr e q u i r e m e n t k e yw o r d s ：b l u e t o o t h ，e 18 5 2 b ，c s r ，t e s ts y s t e m 独创性声明 本人声明所提交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果。除了特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的 说明并表示了感谢。 学位论文作者签名：j 日舍民，签字日期：2 0 口舛t 1 月2 夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丢洼盍堂有关保留，使用学位论文的规定。特授权 玉注太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影 印，缩印或扫描等复制手段保存，汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部 门或机构送交论文的复印件或磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位敝储签名： 闰仓氏 导师签名 1 蕊萍 签字日期：2 。d 年 7 月2 9 日 签字日期：灭硝年, 2 - - 月日 第一章概述 1 1 蓝牙技术起源 第一章概述 蓝牙( b l u e t o o t h ) 技术是一种低成本、低功耗的无线技术。这种技术的初衷 是电缆替代( c o r d l e s so rc a b l er e p l a c e m e n t ) ，从而使电子设备能在短距离范 围内无线互连，这些设备可以是手机、耳机、p d a 、电脑等。蓝牙技术最早由爱 立信( e r i c s s o n ) 公司提出。早在1 9 9 4 年，爱立信就开始着手研究用无线技术来 替代手机和附件之间的电缆连接。选择无线( r a d i o ) 而不是红外( i n f r a - r e d ) 是 因为无线没有方向性，不是视线传输。无线技术除了可以支持语音外，还可以支 持数据业务，从而使手机不但能与耳机互连，还能与电脑设备互连。 爱立信将这项新的无线通信技术命名为蓝牙( b l u e t o o t h ) 。b l u e t o o t h 取自 1 0 世纪丹麦国王h a r a l db l u e t o o t h 的名字，他曾经统一了丹麦和挪威。选这 个名字是期望b l u e t o o t h 能整合通信与计算机业务。爱立信意识到要使这项技 术最终获得成功，必须得到业界其他公司的支持与应用。1 9 9 8 年5 月，爱立信 联合诺基亚( n o k i a ) 、英特尔( i n t e l ) 、i b m 、东芝( t o s h i b a ) 这4 家公司 一起成立了蓝牙特殊利益集团( s p e c i a li n t e r e s tg r o u p ，s i g ) ，负责蓝牙技 术标准的制定、产品测试，并协调各国蓝牙的具体使用。1 9 9 9 年蓝牙规范v e r s i o n 1 0 形成。3 c o m 、朗讯( l u c e n t ) 、微软( m i c r o s o f t ) 和摩托罗拉( m o t o r o l a ) 很快加盟s i g ，与s i g 的5 个创始公司一同成为s i g 的9 个倡导发起者。自蓝牙 规范1 0 版推出之后，蓝牙技术的推广与应用得到了迅猛发展。截至到目前，s i g 的成员已经超过了25 0 0 家，几乎覆盖了全球各行各业，包括通信厂商、网络厂 商、外设厂商、芯片厂商、软件厂商等，甚至消费类电器厂商和汽车制造商也加 入了s i g 。 1 2 蓝牙技术特点 蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电 脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。在制定蓝牙规范之初，就建立 了统一全球的耳标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2 4 g h z - f 业、 第一章概述 科学帮鼷学( i n d u s t r i a l ，s c i e n t i f i ca n dm e d i c a l ，t s m 频段。默譬懿瓣应 蔫来着，由于蓝牙俸积小、功率低，其应用已不髑限于计算枫外设，凡乎掰以被 集成到饪何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便 携设备。蓝牙技术的特点可归纳为以下几点： 1 旋垒球范嚣蠹瀵麓。菱雾工镩程2 。4 g h z 麴i 铷颓段，垒球大多鼗黉窳i s m 频段的范围是2 4 2 4 8 3 5 g h z ，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申 请许可诞。 2 。缝同时簧竣谱豪酾数据。螫雾弱霹支持魄黪交换彝分缀交换按本，支持吴 步数疆信道、三路谮鬻信道以及异疹数据与同步语音同甜传输豹信道。每个语音 信道的数据速率为6 4 k b i t s ，语酱信号编码采用脉冲编码调制( p c m ) 或造续可 交斜率增量调制( c v s d ) 方法。巍采用非对称傣道传输数攥时，速率娥离必 7 2 1 k h i t s ，反彝凳5 7 。6 k b i t s ；警采臻对称傣遥接输数糖辩，速率鼗褒为 3 4 2 6 k b i t s 。蓝牙有两种链路类型：湃步无连接( a s y n c h r o n o u s c o n n e c t i o n - l e s s ，a c l ) 链路和同步面向连接( s y n c h r o n o u s c o n n e c t i o n o r i e n t e d ，s c o ) 链爨。 3 耐以建立临时性的对等连接( a d h o cc o n n e c t i o n ) 。根据蓝牙设备猩网络 中的角鳃，分为主设备( m a s t e r ) 与从设备( s l a v e ) 。主设备是组网连接时主 动发起迄揍请求的藏雾设备，足个藏牙设备连接成一个匹壳嘲( p i c o n e t ) 辩， 萁孛哭嚣一个主设备，其余豹蚜为扶设备。匹竞阏是蘸牙系统袋基本的两终攀元， 最简单的匹克网是一个主设备和个从设备组成的点对点的通信连接。通道时分 复用技术，一个蓝牙设备便可以同时与几个不同的匹克网保持同步，具体来说， 藏是该设各按照一定豹嚣舞蹶痒援入不嗣戆嚣瓷鼹，器菜一孵藜接入菜一器克 网，而下一时刻接入另一个匹克网。 4 抗干扰能力强。z 作在i s m 频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、 无线局域鼹( w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ，鞋l a n ) 彝h o m e r f 等产品。必了摄 好建抵抗来自这些设备豹干扰，麓芽采用了矾频( f r e q u e n c yh o p p i n g ) 方式来 扩展频谱( s p r e a ds p e c t r u m ) ，将2 4 0 2 2 4 8 g h z 频段分成7 9 个频点，相邻 频点间隔i m h z 。蓝牙设备在某个频点发送数攒之后，再跳到另一个频点发送， 瑟菝赢瓣瓣裂派痔蔻伪疆程翡，每骖镑叛率改交1 6 0 0 次，每令频率持续辩润为 6 2 5 ps 。 5 功耗低。蓝牙设锯在通信连接( c o n n e c t i o n ) 状态下，裔四种工作模式 激溪( a c t i v e ) 模式、露吸( s n i f f ) 模式、保持( h o l d ) 摸式移傣眠( p a r k ) 模式。a c t i v e 模式怒正常的工俸状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功 耗模式。 2 第一章概述 6 。镄曩标准开教。s i g 药了撵广蓝牙鼓本懿经餍，将蘩雾技拳夔标准众蘩公 开，全擞界范图内的任何单位和个人都可以进行虢牙产品的歼发，只要最终通过 了s i g 的蘸牙产品兼容性测试，就可以推向市场。 1 3 本人所做的主要工作和论文结构 本义作者圭箨了簿援罗控公裁天津王厂浆慧芽产蒹耋麓测试系统懿磷究、设 计和开发工作，包括设备的选型、系统的集成、所有测试软件的编写等工作。本 文是这个工作系统性的总结。本论文主要包括纛个部分的内容： 一。舟缨了蓝牙技零兹起源，发爱及褥患。 二介绍了蓝矛技术规范，包掰纂带、射频和协议栈等。 三详细探讨了蘸牙测试的基本原理和测试模式。 四详细奔绍了佟赣主持开发的藏牙产品自动测试系统。农这个项嚣中，作 者完戚了设备熬逸登，硬 睾系统豹集成，测试手秘豹开发，戳及基于擎丹祝豹 u i m ( 用户接口单元) 测试系统。在本文的最后，给出了部分测试项目的v b 源程 序和单片机汇编代码。 五缝素语。 3 第二章蓝牙技术 2 1 蓝牙协议栈 第二章蓝牙技术 蓝牙技术规范的最主要目的就是为了统一标准，使不同厂家生产的产品能够 互通互连。为此，蓝牙标准除了规定射频接口之外，还要定义软件栈，以使应用 程序( h p p i i c a t i o n ) 能够发现其他蓝牙设备，查询该设备的类型和功能。蓝牙协 议栈由许多层组成，如图2 - 1 所示。 图2 - 1 蓝牙协议栈 t c s ( t e l e p h o n yc o n t r o lp r o t o c o ls p e c i f i c a t i o n ) 是根据国际电信联盟电 信标准化部门( i t u t ) 的q 9 3 1 标准制定的，用于支持电话功能。 s d p ( s e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 使蓝牙设备可以发现其他设备能够提供 的服务。 4 第二章蓝牙技术 w a p 和o b e x 为高层协议提供接口。 r f c o 删是串口仿真层，它是按照欧洲电信标准化协会( e u r o p e a n t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ni n s t i t u t e ， e t s i ) 的t s 0 7 1 0 标准制定 的。该协议用于模拟串行接口环境，使基于串口的传统应用只作少量的修改或者 不做任何修改就可以直接在这一层上运行。 l 2 c a p 是逻辑链路适配层。l 2 c a p 向上层提供面向连接的和无连接的数据服 务，采用多路复用技术，负责数据包的分段和重组。 h c i 主控制器接口，处理单独的主机( h o s t ) 和蓝牙模块间的通讯。 l 肝链路管理层负责链路的管理和配置。 b b 是基带层，负责物理链路控制和分组、跳频序列控制。 r f 主要功能是完成调制和解调，实现射频信号的发送与接收。 蓝牙协议栈符合o s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t ) 七层模型。图2 - 2 显示了 o s i 模型与蓝牙协议之间的关系”。 o s | 黼e n c e m o d e j 图2 - 2o s i 模型与蓝牙协议栈 物理层是通信媒介的电气接口，包括调制和编码，因此它由r a d i o 和一部分 基带构成。 数据链路层负责某一链路上的传输、组帧和差错控制。因此它覆盖了基带层 ( 差错控制) 和链路控制层的一部分。 网络层负责数据在网络之间的传输，与具体的媒介及拓扑结构无关，因此包 第二章蓝牙技术 括链路控制层的上半部分( 建立并维护多个链路) 和链路管理层的大部分。 传输层负责可靠的数据传输和多路复用，覆盖l m 的上半部分和h c i ，后者提 供了实际的数据传输机制。 会话层提供了数据流控制服务，覆盖了l 2 c a p 和r f c o m m 的部分内容。 表示层通过为数据增加服务结构，提供了应用数据的通用表现形式，因此覆 盖了r f c o m m 的大部分。 应用层对应主机( h o s t ) 中的应用程序。 除了协议栈之外，蓝牙规范还定义了各种应用框架( p r o f i l e ) ，包括通用 框架和专用框架。通用框架定义了通用功能的实现方法，如g a p 、s d p 等。专 用框架定义了某一类设备的技术规范，如免提( h a n d f r e ep r o f i l e ) 、耳机 ( h a n d s e tp r o f i l e ) 等。 2 2 蓝牙基带 蓝牙工作在2 4 gi s m 频段。这个频段被保留用于工业、科学、医学的应用。 因为有很多设备工作在这一频段，蓝牙技术采用跳频扩频( f h s sf r e q u e n c y h o p p i n gs p r e a ds p e c t r u m ) 的方式来避免其他设备的干扰。发送端和接收端每一 数据分组( p a c k e t ) 随机跳到另一频点，每一频点信道带宽为1 姗z ，占据了整个 i s m 频带。 蓝牙的调制方式采用g f s k ( g u a s s i a nf r e q u e n c ys h i f tk e y ) ，有1 m h z 的符 号率。用正的频率偏移表示1 ，用负的频率偏移表示0 。 如果一个蓝牙设备跳到另一个频点，要与其保持通信，通信另一端的蓝牙设 备必须跳到同样的频点上。蓝牙设备工作在两种模式：主( m a s e r ) 模式和从 ( s l a v e ) 模式。主机控制跳频方案，其他设备保持和主机跳频同步。每一个蓝牙 设备有唯一一个地址( 即a ) 和时钟。跳频序列决定于主机的地址和时钟。除了控 制跳频序列之外，主机还通过分配给s l a v e 不同的时隙来控制s l a v e 发送。对于 数据业务来说，s l a v e 只在回复主机数据时才占用时隙发送( 即前一个时隙必须 是主机发送数据给该s l a v e ) 。对于语音业务来说，s l a v e 发送时隙被保留，s l a v e 间隔一段时间自动发射。主机根据业务性质和具体的需求决定分配多少带宽给 一个特定的s l a v e 。 2 2 1 匹克网( p ic o n e t ) 与分散网( s c a t t e r n e t ) 如图2 3 所示，匹克网网络中只有一个主机，网络中其他s l a v e 都和它保持 第二章蓝牙技术 跳频同步。 图2 3 匹克网 图2 3 的左图中只有一个s l a v e 属于点对点通信；右图中有三个s l a y e 属 于点对多点通信。由图2 3 可知s l a v e 只能与主机通讯，s l a v e 之间不能直接通 信。 蓝牙规范规定一个匹克网中最多只能有7 个s l a v e 。而多个匹克网可以互连 形成一个散射网，如图2 - 4 所示。在散射网中一些设备可能属于多个匹克网。一 个设备若属于两个匹克网，它必须分时操作，在两个匹克网中分别占据一些时隙。 s i 矗v 密 图2 4 散射网 图2 - - 4 的左图中一个设备既是s l a v e 同时又是另一个匹克网的m s t e r 。在右 图中，一个设备分时在两个匹克网中充当s l a v e 。可知不会有一个设备充当两个 匹克网的m a s t e r ，因为一个匹克网中的所有设备都与主机同步，如果两个匹克 网的m a s t e r 相同，则设备必然在同一个匹克网中。 2 2 2 蓝牙功率 蓝牙功率分为三个等级： c l a s s l = l o o m w ( 2 0 d b m ) c l a s s 2 = 2 5 m w ( 4 d b m ) c l a s s 3 = l m w ( o d b m ) 三个功率等级允许蓝牙设备覆盖不同的范围。目前大多数设备是三类设备， 理论上传输距离为l o m ，但由于周围环境对微波的吸收和干扰等原因，三类设备 7 第二章蓝牙技术 可靠的传输距离为5 米。一类设备的覆盖范围可达到1 0 0 米。蓝牙还定义了最小 的传输距离，因为距离太近会使接收机饱和。蓝牙历定义的最小距离为l o o m 。 2 2 3 数据传输类型 蓝牙同时支持电路交换和分组交换。电路交换的传输称为s c o 链路，如图2 5 所示。分组交换的传输称为a c l 链路，如图2 - 6 所示。s c o 属于同步传输，主设 备和从设备一旦建立连接后不管有无数据发送，系统都会预留固定的时隙给主设 备与从设备，其他从设备就不能利用此连接上的时隙来发送数据。s c o 链路适合 语音传输，一旦s c o 链路建立，主设备和从设备可直接发送s c o 包，主设备无需 事先轮询。语音包不适合出错重发，保护语音包的方法是采用严格的编码方案， 即使出错一方收到的包错误率非常高，解码后的语音品质仍可以接受。 豁0 s c o s f 0s r n t 设备 从没备 图2 - 5s c o 链路 a c l 属于包交换的异步传输类型。当物理信道上的时隙没有任何s c o 链路时， a c l 可占用任意时隙来传输数据。一旦系统需要传输s c o 链路时，a c l 链路自动 空出时隙供s c o 链路使用。a c l 链路只在s c o 链路不使用的时隙上传输。a c l 与 因特网数据传输方式相同。主设备同时与多个从设备建立a c l 链路时，主设备负 责分配每个从设备的传输速率。a c l 链路支持对称和非对称两种传输速率，非对 称时主到从最大的传输速率为7 2 1 k b s ，从到主最大传输速率为5 7 6 k b s 。对称 连接时，通信的最大速率是3 4 2 6 k b s 。 t 设器 从设摇l 从设摒2 胰堙薪3 ifi 。 i f i j 。豹，饧庞。励沥 缓豹。 ? 缓弱，。 缓笏。 图2 - 6a c l 链路 8 第二章蓝牙技术 2 2 4 差错控制 蓝牙技术采用i s m 频段。这个频段向公众开放，无须特许，因此抗干扰问 题变得非常重要。传输数据必须采用适当的差错控制方式，当包内的部分位受到 破坏时，接收方仍能够通过差错控制恢复到原来正确的数值。蓝牙技术共定义 了三种差错控制方法：1 3f e c ( 前向纠错) ，2 3f e c 和a r q ( 自动重复请求) 。 i 3f e c 采用每位数据在包内重复3 次的方法，编码后的位数是原来的3 倍。 2 3 f e c 是将1 0 位数据经过多项式运算后得到1 5 位数，原始数据和编码后数据 的比例为2 3 。显然i 3 f e c 比2 3 f e c 对数据提供了更多的保护。另一方面，多 加入的差错控制位会使数据传输速率降低，蓝牙技术采用了灵活的做法，对于 重要性不同的发送包实现不同的差错控制。一般而言，对于s c o 链路上的语音包 采用l 3 f e c ，而对于a c l 链路上的数据包采用2 3 f e c ，每个包的包头位都采用 i 3 f e c 。 a r q 是针对包内有效载荷进行保护的差错控制方法，发送端每发送一个包， 接收端在收到包后就检查包的包头h e c 以及有效载荷c r c 是否发生错误。如果检 查无误，接收端返回一个a c k 。若是发生错误，则返回n a k 要求发送端重传，这 个过程可以一直操作下去直到接收端收到正确的包或者出现超时为止。 2 2 5 蓝牙包结构 包是蓝牙系统在物理通道上的传输单位。蓝牙包由访问码( a c c e s sc o d e ) 、 包头( h e a d e r ) 、有效载荷( p a y l o a d ) 三个部分组成，如图2 7 所示。但是，并非 所有的包都一定包含这三个部分，可以只有访问码，也可以没有有效载荷；包若 含有效载荷，一定包含这三个部分。 访鲥码包头有靛或倦 7 2 位5 4 绝0 一- 2 ：7 4 5 位 e 4 f z 飞 图 静箭 1 0 1 0 0 】0 1 剥步硪包怒 】o l o 0 1 0 l 图2 7 蓝牙包结构 9 第二章蓝牙技术 访问码含有前言( p r e a m b l e ) 、同步字( s y n c w o r d ) 和包尾( t r a i l e r ) ，长度为 6 8 位或7 2 位( 不包括包尾) 。前言包含4 位，数值不是i 0 1 0 就是0 1 0 1 ，取决于 同步字内的l s b 位，若l s b 为1 则前言的数值为1 0 1 0 ，若l s b 为0 则前言的数 值为0 1 0 1 。同步字有6 4 位，由设备地址计算得到。包尾也是4 位，数值也是 1 0 1 0 或0 1 0 1 ，取决于同步字内的m s b 位，若m s b 为1 ，则包尾的数值为0 1 0 1 ， 若m s b 为0 ，则包尾的数值为i 0 1 0 。 访问码又分为三种：c a c 、d a c 、i a c ，它们分别对应蓝牙设备的不同工作状态。 c a c ( 通道访问码) ：当主从网络形成后，所有设备发送数据时都用这个访问码。 该码通过主设备内b da d d r e s s 的l a p 计算得到。 d a c ( 设备访问码) ：当主设备向从设备发出呼叫或从设备响应主设备的呼叫 时使用d a c 。它由从设备内b da d d r 的l a p 计算得出。 i a c ( 查询访问码) ：主设备做查询操作时使用此访问码。分为两种，一种是普 通i a c ( g i a c ) ，另一种是专用i a c ( d i a c ) 。当主设备需要某一特定的服务时，d i a c 来的更直接。 包头由活动成员地址( a m _ a d d r ) 、包类型( t y p e ) 、流控制( f l 呷) 、顺序码 ( s e q n ) ，差错指示( a r q n ) 和头校验 i e c 组成，如图2 8 所示。 访黼羁 7 2 证 电l 头 鑫4 经 酊，效玻药 0 2 7 4 5 位 。 3 缒 4 织1 能t 傲 嗣图囫墨 a # a 蛐rt y p e f l 皤s e 饿 m “趣8 协 图_ 图2 8 包头 由于包头的内容包含了重要的控制信息，所以需要加以保护。将原始的1 8 位控制信息经过l 3 f e c 编码，得到5 4 位的编码数据。 a m _ a d d r ：活动成员地址。主设备把这个地址分配给主从网络中不同的从设 备。由于值0 0 0 保留用于广播地址，所以在主从网络中最多可以同时存在7 个 a c t i v e 状态的从设备。当从设备从a c t i v e 状态进入到p a r k 状态时，将丢掉这 个地址。 t y p e ：4 位，用于描述包的种类。例如这个包是属于s c o 包，还是a c l 包， 共有几个时隙等。 1 0 第二章蓝牙技术 f l o w ：流量控制。它对s c o 链路没有作用，当a c l 链路的接收缓冲区阻塞时， 返回f l o w = o 暂时停止数据发送，接收缓冲区清空后，返回f l o w = i 告知发送设 备重新发送。 a r q n ：当接收设备成功接收一个包，且包内的有效载荷已通过c r c 检查时， 返回a r q n = 1 ，告知发送成功；否则返回a r q n = o ，告知发送失败，发送方将重新 发送。 s e o n ：接收方通过该位来判断接收到的包是新包还是重复包。正常情况下每 成功发送一个包，s e q n 会i 、0 交替，接收方可以根据相邻两个包的s e q n 位是 否重复来进行判断。 h e c ：用来检查包头在发送过程中是否出错。 有效载荷的长度介于0 - 2 7 4 5 之间。对于语音包来说，只有语音信息部分， 长度固定为2 4 0 位。对于数据包来说，还有有效载荷头和c r c ，共三个部分。如 图2 9 所示。 对于数据包来说，有效载荷包头又由l - c h 、f l o w 、l e n g t h 组成。对于单时 隙包，总长度一个字节，多时隙包总长2 字节，结构如图2 - 1 0 所示。l _ c h 表示 逻辑通道的类型。数据在l 2 c a p 层要进行分割( s e g m e n t ) ，分割后的每一小片段 打包分别传送。l _ c h = i o 表示的是切割后的第一个包，l _ c h = o i 表示1 后续的包。 l _ c h = i1 则表示该包为l m p 数据。 访翔码 7 2 像 包头 酣能 钳效裁薪曳宙毁虢衙c r c 图国图 傩 有效藏荷 o 一2 7 躺位 图2 - 9 有效载荷 缸外 第二章蓝牙技术 多对隙 承酣豫 2 国国口 j ，洲h 。( 藤i i 二、“i h 一一 商效戟葡塾香减疆荷体 2 2 6 蓝牙包分组类型 图2 - 1 0 载荷头 蓝牙包包头中用于定义分组类型的比特位有4 位。因此最多可以定义1 6 种 分组。有些包属于s c o ，有些属于a c l ，还有一些用于链路控制。 用于链路控制的包有： i d 包：只有访问码部分，没有包头和载荷，长度为6 8 位。访问码为d a c 或i a c 。当主设备查询呼叫周围的从设备时，最先发出的控制信号就是i d 包。 n u l l 包：没有有效载荷，只有访问码和包头两部分。主要用于连接信息的 交换，将包头内的a r q n 和f l o w 信号返回发出呼叫的设备，不需要响应包。 p o l l 包：没有有效载荷，只有访问码和包头两部分，功能与n u l l 相似，但 需要响应包，主设备发出p o l l 包给某个从设备，从设备收到后，回应一个包。 d m i 包( d a t em e d i u m r a t ep a c k e t ) ：可以同时出现在s c o 链路或a c l 链路上， 在s c o 链路中借着d m i 包发送控制信号，在a c l 中通过d m i 发送用户数据。 f h s ：包含访问码、包头、有效载荷3 个部分。f h s 包传递非常重要的控制信 号。当主设备发出呼叫或从设备响应时，都会发出f h s 包。当从设备要与主设备 跳频同步时，也要通过f h s 的帮助。f h s 包有效载荷部分是由1 4 4 位信息加上1 6 1 2 晦 第二章蓝牙技术 位的e r e 组成。全部1 6 0 位经过2 3 f e c 的编码后，成为2 4 0 位。表2 1 给出了 控制包的类型。 表2 - 1 控制包类型 1 1 u s e rp a y l o a d s y m m e u l ca s y m m e t r i c t y 辨( b y t e s ) f e cc r cm r a t em a x r a l i dn an af l an an a n u l ln an an an a 。 一一 。二j p o l ln an an a *jcr1 f h s 8 2 撂 y e s 注：n a 指不适用( n o ta p p l i c a b l e ) 。 s c o 链路上的包： s c o 链路上的包都含有访问码、包头和有效载荷3 个部分。主要用于发送语 音数据。共有四种s c 0 包，分别为h v l 、h v 2 、h v 3 和d v 。其中d v 包可同时传输 语音和数据。 i v 包都没有c r c ，也不会重新发送，且都只占一个时隙，它们的不 同主要体现在有效载荷和差错控制方式，如表2 2 所示。 表2 2s c 0 包类型 1 1 ， s y m m e t r i c p a y l o a dh e a d e r u s e rp a y l o a dm a x r a 协 t y 弹 l b y t e s 狰y 掘s ) f 毫ec r c l k b j s h v in a1 01 1 3n 0 6 4 ，0 h 一 。 i h v 2 。 2 02 培 n o6 4 ，0 “ 。， h v 3n a3 0r i o6 4 。0 一_ ” ”d v 。 d ” f o 叫o 9 ) d 倒3d y e s d 6 4 ，0 + 5 7 6d c l 链路上的包： a c l 链路上总共有七种不同的包，分别为d m i 、d h i 、d m 3 、o h 3 、d m 5 、d h 5 和a u x i 。数字1 、3 、5 表示时隙个数，例如d m 3 表包长为3 个时隙。d m x 系列都 经过2 3 f e c 编码，o h x 系列都没有经过f e c ，只含有e r e 校验。它们特性如表 2 3 所示。 a u x i 几乎与d h i 完全相同，有效载荷由3 0 个字节的信息位组成，且没有经 过任何的f e c 和e r e 。 第二章蓝牙技术 表2 - 3a c l 包类型【1 1 a s y m m et r i c m a x p a y l o a d u s e r s y m m e t r i c r a 任 瞰b 渤 h e a d e r p a y l o a d m a x r a t e b 辨b y t e s l b y m s ) f e cc r c f k b l s f o r w a r dr a v e r s e d m l1啦仃2 ，3 y e s 1 8 1 0 8 81 0 8 8 ，_ d h l1o 2 7 n o y e s 1 7 2 81 7 2 81 7 2 - 8 d m 32o 1 2 12 ，3 y e s 2 5 8 13 8 7 25 4 4 ， d h 3 2 o - 1 8 3 r i o y e s 3 9 04 ”5 8 5 68 6 4 ， d m s2o - 2 2 42 ，3 y e s 2 8 6 74 7 7 83 6 3 “f ”一一 一 d h 520 3 3 9 r i o y e s 4 3 3 9 ”7 2 & 25 7 6 *， a u x l1o 2 9r i on o1 8 5 61 8 5 61 8 5 6 2 2 7 蓝牙地址 蓝牙设备地址( b d _ a d d r ) ： 每个蓝牙设备被分配一个唯一的4 8 位地址( 6 字节) ，该地址由三部分组成。 l a p ；低2 4 位( 3 字节) 。 u a p ：中间8 位( 1 字节) 。 n a p ：最高1 6 位( 2 字节) 。 其中l a p 和u a p 是b da d d r 最重要的组成部分，如图2 1 1 所示“。 图2 - 1 1b da d d r 活动成员地址( a m _ a d d r ) ： 匹克网中每一个活动的成员都有一个3 位的活动成员地址，0 0 0 被保留用于 广播，蓝牙主机不采用这个地址。蓝牙包的包头有a ma d d r 信息，一个s l a v e 只接收属于它自己的数据分组或广播数据。a m _ a d d r 只在设备处于a c t i v e 时有 效，当设备断开连接或处于p a r k 状态时将释放a m _ a d d r 。a m _ a d d r 由蓝牙主机分 1 4 第二章蓝牙技术 配，可以是在连接开始时分配，也可以在从p a r k 状态退出时获得。当连接刚开 始建立时，主机通过f h s 包把a ma d d r 告诉蓝牙设备，当设备从p a r k 状态恢复 成活动状态时，a m _ a d d r 从b n p a r k 包获得。 p a r k 地址( p ma d d r ) ： 8 位p a r k 地址用于区分处在p a r k 状态的设备。p m _ a d d r 只在设备处于p a r k 状态时才有效，当设备从p a r k 状态退出时p m _ a d d r 失效。全零p m _ a d d r 保留用 于通过b d _ a d d r 来u n p a r k 设备。 2 2 8 设备的工作状态 蓝牙设备有两种主要的工作状态，当它与其他的设备互相连接时称为连接状 态( c o n n e c t i o n s t a t e ) 。在连接状态时的主设备与从设备使用相同的通道访问码 与相同的跳频序列。当不与其他设备相互作用时，称设备处在等待状态( s t a n d b y s t a t e ) ，此时消耗的功率非常低。当设备要从等待状态进入连接状态时，设备间 要进行一连串的查询( i n q u i r y ) 与呼叫( p a g e ) 程序。进行查询与呼叫的状态称为 中间状态( i n t e r m e d i a t es u b s t a t e ) ，蓝牙标准定义了7 种中间状态：查询 ( i n q u i r y ) 、查询扫描( i n q u i r ys c a n ) 、查询回应( i n q u i r yr e s p o n s e ) 、呼叫 ( p a g e ) 、呼叫扫描( p a g es c a n ) 、呼叫回应( p a g er e s p o n s e ) 和主设备回应( m a s t e r r e s p o n s e ) 。各种状态间的转换关系见图2 1 2 。 图2 - 1 2 蓝牙状态转换图 第二章蓝牙技术 设备连接状态( c o n n e c tjo f fs t a t o ) ： 蓝牙设备为了节省功耗，同时也为了减少对其他用户的干扰，当设备长时间 不传递数据，但又希望与主设备互相连接时，从设备能选择进入不同的连接状态， 消耗的功耗也不相同。从设备共有a c t i v e 、s n i f f 、h o l d 和p a r k4 种连接状态。 a c t i v e ：从设备与主设备传递数据的一般工作模式，在a c t i v e 状态下的从 设备具有a ma d d r 地址，在一个p i c o n e t 中最多同时拥有7 个a c t i v e 状态的从 设备。 s n i f f ：从设备延长接收主设备信号的间隔。a c l 链路中，从设备在每个主设 备发送时隙都要侦听。在s n i f f 状态下，主设备发给该从设备时隙减少，周期变 长。从设备保留a 1 6 d d r 和与主从网络相同的跳频序列。 h o l d ：从设备进入h o l d 模式后将暂停支持a c l 链路，但仍支持s c o 链路。 所以从设备仍然保持有a ma d d r 和与主从网络相同的跳频序列。从设备进入h o l d 模式是为了空出时隙来进行呼叫、呼叫扫描、查询，或加入其他主从网络。h o l d 模式通常用于几个主从网络之间的互连。 p a r k 从设备不需要发送数据，希望更节省功率荷又不离开主从网络时， 可以选择进入p a r k 模式。从设备将丢掉a ma d d r 并从主设备得到p m _ a d d r 与 a ha d d r ( a c c e s sr e q u e s ta d d r e s s )