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蓝牙HCIUART主控制接口的FPGA设计与实现

发布时间:2020-07-21 18:01:20 阅读: 来源:三轮车棚厂家

摘要:蓝牙技术作为一种短距离的无线通信技术,具有巨大的发展潜力,本文意从HCI层进行蓝牙技术的应用开发。本文首先介绍了HCI和UART的结构与原理,在分析和比较HCI三种类型接口USB、RS-232和UART优缺点的基础,提出了一种基于FPGA采用硬件设计HCI-UART的实现方式。本设计在Quartus II 9.0集成设计环境下,采用硬件描述语言Verilog分模块设计完成,设计经过Modelsim 6.4a仿真与验证。

1 引言

蓝牙(Bluetooth)是世界级著名的计算机和通信领域大公司(爱立信、IBM、INTEL、诺基亚和东芝等)倡导推出的一种无线通信技术的开放式工业标准,其取自10 世纪丹麦国王哈拉尔德(HaraldBluetooth)的别名,意在形成一个全球统一的无线通信技术标准[1]。蓝牙技术消除了设备之间的连线,用无线连接取代传统的电线。蓝牙主要有蓝牙硬件和蓝牙协议组成,蓝牙硬件由模拟部分和数字部分组成。模拟部分指蓝牙射频发射台,数字部分指主控制器。蓝牙协议采用电路及信息包两种交换方式,主要有射频(RF)、基带 (BB)、链路管理器(LM)、主接控制接口(HCI,Host CONTROL Interface)底层嵌入式驱动程序、HCI 高层软件驱动程序、逻辑链路控制适配协议(L2CAP)、串口仿真协议(RFCOMM)、业务发现协议(SDP)、电话控制协议(TCS)构成[2]。

目前,蓝牙技术应用开发有两种方式:1)单微控制器方式,所有的蓝牙传输协议及用户应用程序都集成到一个模块中,由一个处理器完成。它不一定需要HCI 层,但其涉及到射频、基带等硬件协议层,开发方式复杂,开发周期加长,成本代价也高;2)双微控制器方式,底层传输协议一般通过蓝牙硬件模块实现,模块内部嵌入式的微处理器成为主机控制器,高层传输协议和用户应用程序分别由主机和主控制器来实现,主机和主机控制器之间通过标准的物理总线接口来连接[3]。由于主机与主控制层在硬件上完全分 离,需通过HCI 层把蓝牙模块和蓝牙主机连接起来。在实际应用中,由于高层协议的复杂性和多样性,采用这种方式,用户不需要考虑底层就可以实现对通信流程的控制,符合用户实际需求,且开发周期短,可 移植性好,本文的设计也是采用这种方式。

2 系统基本原理

2.1 UART 基本原理

UART(Universal Asynchronous Receive Transmitter)又称通用型异步接收及发送接口[4],是一种异步通信传输方式。其通信协议帧格式包括五个部分:空闲状态(idle,高电平)、起始位(start,低电平)、 5~8 位数据位、奇偶校验位(parity,可选)和停止位(Stop,位数可为1,1.5 和2 位)。这种格式是由起始位和停止位来实现字符的同步,其中奇偶校验位的有无和数据位的长度由通信双方约定。一帧数据传输完毕后可以继续传输下一帧数据,也可以继续保持为高电平,两帧之间保持高电平,持续时间可以任意长。本设计规定的通信协议帧格式为:1 位起始位(start,低电平)、8 位数据位(d0~d7)、1 位奇偶校验位(parity) 和1 位停止位(stop,高电平),如图1 所示。

图1 UART 通信协议帧格式

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