漫谈IR通讯协议.doc

漫谈IR通讯协议IR是“InfraRed”的缩定，可译为：红外线，红外线通讯，红外线信息等。要了解IR通讯协议，先要了解红外线是什么。红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人眼看不到的光线。红外线通讯一般用红外波段内的某段范围：波长在0.75um至25um之间。红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通讯效果，红外通讯协会将红外数据通讯所取用的光波波长范围限定在850nm至900nm之内。目前无线电波和微波已被广泛地应用在长距离的无线通讯之中，但由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输。知道什么是红外线之后，要进一步了解IR通讯就很有必要了解红外线数据协会（InfraRed Data Association，简称IRDA）。IRDA是为了建立统一的红外线数据通讯标准而成立的一个组织。1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司发起成立了红外线数据协会（IRDA）；一年多后，发布第一个红外线数据通讯标准，即IRDA1.0，简称SIR（Serial InfraRed），是一种HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外线通讯方式；1996年，发布IRDA1.1标准，即FIR（Fast InfraRed），其通讯速率有质的飞跃；之后，IRDA又发布了VFIR（Very Fast InfraRed）技术，进一步提升了IR通讯速率，使其在大数据量通讯传输方面也占有一席之地。初步了解以上IR的基础知识后，我们进入研究IR的内核：IR通讯协议。面向不同的对象层次，IR标准有三个基本的规范和协议：1） 物理层规范（Physical Layer Link Specification，简称PHY）；2） 连接建立协议（Link Access Protocol，简称IrAP）；3） 连接管理协议（Link Management Protocol，简称IrLMP）这三个协议是其它一切协议的基础和规范，其实我们建立如此繁锁协议目标只有一个：充分利有硬件资源，使IR系统在固定的硬件条件下得到最高的传输速率，最安全稳定的性能。在低端物理层中，选取一种良好的编码方式是十分重要的，如“HHH1，13”码；而在相关的连接协议中，如何保证数据快速而准确地传送与接收是至关重要的，要实现数据良好收发，不仅硬件要求稳定，数据编码有效，建立一个合理的数据包格式更是重点。在IRDA中，16MBPS数据结构为：引导符启动数据CRC填充段停止空闲段以上是个格式完整的数据包格式。在我们针对具体IR设备的应用中，可根据实际需要进行取舍或增减。以下以PL-880的IR驱动程序来说明在实际应用中IR协议的建立与调整。要实现IR通讯，其实就是要使两个设备通过IR进行相互数据交流，数据的发送与接收是通讯内容的全部。所以实现IR通讯，就是要实现数据的发送与接收这两步。下面我们就发送和接收过程所遇问题进行讨论。IR通讯设备均有一个发送端口（TXD）和一个接收端口（RXD），在物理层发送与接收是以位（bit）为单位元进行传输的，现有的设备一般已把这过程程序封装在硬件内。我们要做的只是把要发送的数据（byte字节）放到发送端口（TXD），触发IR中断把数据发送出去。这一过程看似很简单，但实际上我们同时要考虑到以下几个问题：1） IR是半双工工作的，同一时刻只能做一件事：发送或接收。所以发送数据时先要看IR是否处于繁忙（BUSY）状态（正在发送或接收数据），若BUSY只能进行等待到IR空闲时方可发送数据。2） 数据发送出去后，由于外界各种因素的影响，一次发送对方收不到或接收错误的可能性很大。为了保证数据能被正常接收到，必须要有一个应答交流。也就是当接收方接收到数据后，发送一个应答包，并把接收到的数据放在应答包一起发送过来；发送方发送数据后进入等待状态，接收到应答包后检查对方收到的内容是否为刚才所发的数据，若不是则要重发。3） 要发送较多数据时，要计算每个数据包所需的发送时间、等待延时以确定下一个数据包的发送时刻。4） 要考虑到两机同时发送数据的情况，虽然机率不高，但若漏了当这一事件出现时，设备将会进入死循环或死机状态。发送过程尽管复杂，但要解决并不难，IR通讯的最大难点是在它的接收过程，接收过程要考虑的问题比发送过程考虑到的还要多：1） 由于IR对外界光热敏感，并且对机内电流变化也有反应，所有经常会接收到一些无效的非法数据。怎样去辨认当前接收到的数据是有效还是无效是非常重要的一点。2） 每接收到一个数据（假定为有效数据）后要记录下来，并发一个应答包，但该应答包的传送过程中也会出现意外，对方（发送方）接收不到或接收错误时会重发。这样一来就会出现接收数据重复的问题。3） 接收到有效数据后，机器要从接收状态转入发送状态（发送应答包），这一转换过程的延时及何时发送应答包也是一个要考虑的问题；4） 除了要辨别有效数据和非法数据外，还要确定当前数据是新数据还是应答包数据。若不加辨别，接收到数据就发送应答包，那么两机就会陷入发送与接收的死循环中去，也就是IR永远处于繁忙状态；IR通讯协议除了要解决以上问题外，PL880机器还要考虑到另一个的问题：速度。发送与接收的问题也是一般网络运行要解决的问题，只要仿照网络协议也不难解决，但是我们要面临的另一个问题是IR通讯的速度是远比不上有线连接的网络系统。不要说PL880的CPU处理速度太慢，IR本身就存在着热延时问题（IR接收与发送数据是靠红外线热进行传送的，每传送一个数据后IR设备都要有一个回复期），也就是照搬网络上繁锁的操作过程是绝对行不通的。为了解决以上问题，在PL880中建立了一个较为可行的数据包格式：引导符标志数据以上数据结构大大减少了其它辅助数据块，加快了IR传送速度。其中各块的意义如下：u 引导符：作为有效数据标志，只有以其引导下的后序数据方为有效数据u 标志：作为新数据或应答包的标志（在