嵌入式藍(lán)牙文件傳送方案的實(shí)現(xiàn)

1、嵌入式藍(lán)牙文件傳送方案的實(shí)現(xiàn)摘 要：針對(duì)藍(lán)牙技術(shù)在無(wú)線通信中的應(yīng)用需求，基于ARM9微處理器S3C2440 的嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙文件傳送方案。系統(tǒng)一經(jīng)通過(guò)板級(jí)驗(yàn)證及實(shí)際 應(yīng)用測(cè)試，完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能。關(guān)鍵詞：嵌入式：藍(lán)牙；單點(diǎn)傳送；多點(diǎn) 傳送藍(lán)牙是一種低本錢、短距離無(wú)線通信技術(shù)，工作頻段使用全球統(tǒng)一開放的2. 4 GHz的ISM頻段1,并將此頻段分為79個(gè)跳頻點(diǎn)，采用跳頻技術(shù)，增強(qiáng)了藍(lán)牙通 信的可靠性。藍(lán)牙技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信領(lǐng)域中，如個(gè)人無(wú)線通信設(shè)備、 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信以及各種傳宣系統(tǒng)2。利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同類型的文件傳送是 藍(lán)牙通信的重要應(yīng)用，而傳統(tǒng)的基于藍(lán)牙L0規(guī)范的藍(lán)牙

2、通信只支持單點(diǎn)傳輸， 隨著藍(lán)牙技術(shù)的開展，藍(lán)牙2.0規(guī)范中增加了 EDR (Enhance Data Rate)技術(shù)，提 高了藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝浚瑸樗{(lán)牙多點(diǎn)通信提供了條件,本文依據(jù)藍(lán)牙2.0規(guī) 范，結(jié)合TDD技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)了單點(diǎn)文件傳送的基礎(chǔ)上，成功完成了嵌入式系統(tǒng)對(duì) 遠(yuǎn)程藍(lán)牙設(shè)備的多點(diǎn)文件傳送方案，并應(yīng)用個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng) 與PC機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)文件傳送，擴(kuò)展了藍(lán)牙通信在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的應(yīng)用。藍(lán)牙文件傳送 和網(wǎng)絡(luò)文件傳送功能為廣告產(chǎn)業(yè)及其他信息發(fā)布相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供了廣闊的開展空間, 具有良好的市場(chǎng)前景。1方案設(shè)計(jì)概述 方案設(shè)計(jì)以ARU嵌入式系統(tǒng)作為硬件實(shí) 現(xiàn)平臺(tái)，并基于Linux操作系統(tǒng)，完

3、成藍(lán)牙文件傳送方案。文件單點(diǎn)傳送方案依 據(jù)對(duì)象交換協(xié)議OBEX (Object Exchange),利用藍(lán)牙官方協(xié)議棧BlueZ以及 openobex上層應(yīng)用函數(shù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)象推送功能，從而完成對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的文件單點(diǎn)傳 送。文件多點(diǎn)傳送方案將在底層應(yīng)用全雙工時(shí)分復(fù)用(TDD)技術(shù)以及EDR(Enhance Data Rate)技術(shù)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙數(shù)據(jù)通道共享和寬帶、高吞吐量數(shù)據(jù)發(fā)送，在上層以文 件單點(diǎn)傳送方案為基礎(chǔ)，輔以嵌入式技術(shù)建立并管理多個(gè)文件發(fā)送進(jìn)程，完成文 件向多個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備的同時(shí)發(fā)送，加入了重發(fā)機(jī)制以保證文件多點(diǎn)傳送的可靠性。 此外，基于個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)文件傳送功能，使用戶可在PC機(jī)端以FTP

4、方 式訪問并更新嵌入式系統(tǒng)中的文件0 2方案硬件架構(gòu) 本方案基于ARM硬件開發(fā) 平臺(tái)，以SAMSUNG S3C2440作為核心處理器，并與64 MB SDRAM和64 MB Flash共 同組成核心嵌入式系統(tǒng)，運(yùn)行ARM-Linux-2.6. 12內(nèi)核操作系統(tǒng)，其中內(nèi)核配置藍(lán) 牙子系統(tǒng)，可為USB藍(lán)牙適配器提供驅(qū)動(dòng)。藍(lán)牙適配器作為系統(tǒng)的核心通信部件 接至USB Device接LI,并通過(guò)適配器完成文件傳送功能。同時(shí)本硬件系統(tǒng)易于功 能擴(kuò)展和系統(tǒng)移植，開發(fā)人員可通過(guò)USB Host接口將操作系統(tǒng)內(nèi)核以及上層應(yīng)用 程序下載到SDRAM或燒寫至Flash中，并通過(guò)RS232串口對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)程調(diào)試。

5、硬件整體架構(gòu)。3方案軟件框架 軟件框架主要由藍(lán)牙核心協(xié)議、會(huì)話層協(xié)議以及上層應(yīng)用程序 構(gòu)成，。其中藍(lán)牙核心協(xié)議包括:RF協(xié)議、基帶(Baseband)協(xié)議、LMP、L2CAP, 主要完成藍(lán)牙數(shù)據(jù)由邏輯鏈路層到實(shí)際物理通道的控制和處理。會(huì)話層協(xié)議將建立對(duì)應(yīng)功能的模型描述，并定義相關(guān)操作方法，為上層應(yīng)用程 序提供接口。其中RFCOMM協(xié)議提供對(duì)基于L2cAp協(xié)議的串口仿真,基于ETS107. 10, 可支持在兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間同時(shí)保持高達(dá)60路的通信連接。其次，本方案利用服 務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)獲取周邊藍(lán)牙設(shè)備服務(wù)信息，并自動(dòng)篩選出帶有對(duì)象推送服務(wù)的 遠(yuǎn)程設(shè)備作為發(fā)送目標(biāo)，此協(xié)議由BlueZ所提供的

6、接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)。而OBEX作為實(shí) 現(xiàn)文件傳送的核心協(xié)議，將為被傳送文件建立對(duì)象模型，并面向?qū)ο蠹皞魉瓦^(guò)程 定義對(duì)應(yīng)操作方法，以實(shí)現(xiàn)文件傳送。PAN協(xié)議用于建立籃牙無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)之 間的訪問點(diǎn)，以完成與TCP/IP之間的無(wú)縫連接。 上層應(yīng)用程序?qū)⒒趹?yīng)用層協(xié) 議所提供的接口函數(shù)，主要依據(jù)對(duì)象交換協(xié)議(OBEX)實(shí)現(xiàn)對(duì)象推送(OBEX PUSH) 功能，從而完成文件的單點(diǎn)傳送，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Linux多進(jìn)程技術(shù)實(shí)現(xiàn)文 件多點(diǎn)傳送。此外，利用BlueZ提供的PAN工具實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)之間的組 網(wǎng)，完成網(wǎng)絡(luò)文件傳送功能。4文件傳送功能實(shí)現(xiàn)4.1文件單點(diǎn)傳送實(shí)現(xiàn)文件 單點(diǎn)傳送是多點(diǎn)傳送的基礎(chǔ)，

7、也是本方案的核心技術(shù)，并基于對(duì)象交換協(xié)議(OBEX)。 應(yīng)用于藍(lán)牙系統(tǒng)的對(duì)象交換協(xié)議其目標(biāo)是完成兩藍(lán)牙設(shè)備間的數(shù)據(jù)對(duì)象通信，其 典型應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)對(duì)象推送功能。OBEX本身包括兩局部:數(shù)據(jù)對(duì)象模型和會(huì)話協(xié)議。 對(duì)象模型包括將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對(duì)象的各種信息以及數(shù)據(jù)對(duì)象本身。該模型的建立 完全基于各種標(biāo)準(zhǔn)的或者用戶自定義的可分析的信息頭(headers),信息頭由信 息頭ID和信息頭的值兩局部構(gòu)成，ID描述了信息頭的內(nèi)容及格式，信息頭的值由 一個(gè)字節(jié)或多個(gè)字節(jié)組成，描述了對(duì)象屬性的具體含義。OBEX會(huì)話層操作由請(qǐng)求 -應(yīng)答成對(duì)組成，由客戶端發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器做出應(yīng)答，客戶端必須等待服務(wù)器做 出應(yīng)答后才能發(fā)起

8、新的請(qǐng)求。本方案利用openobex應(yīng)用函數(shù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)某 一遠(yuǎn)程設(shè)備的文件對(duì)象推送功能。openobex函數(shù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了 OBEX協(xié)議的會(huì)話層操 作及相應(yīng)對(duì)象模型描述。圖3顯示了完成對(duì)象推送功能的全過(guò)程。 通過(guò)圖3所 述過(guò)程，系統(tǒng)與目標(biāo)設(shè)備可完成一次文件單點(diǎn)傳送。在實(shí)現(xiàn)文件多點(diǎn)傳送時(shí)，可 循環(huán)調(diào)用此過(guò)程，完成文件傳輸。4. 2 文件多點(diǎn)傳送實(shí)現(xiàn)文件多點(diǎn)傳送基于單點(diǎn)傳送，并利用藍(lán)牙協(xié)議中的TDD技術(shù)和EDR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)向多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備節(jié)點(diǎn)并發(fā)傳送文件的功能。 同時(shí)利用多進(jìn)程技術(shù)，對(duì)多個(gè)發(fā)送進(jìn)程進(jìn)行合理管理，保證文件能高效及時(shí)地被 發(fā)送到遠(yuǎn)程設(shè)備中。其中采用TDD技術(shù)，使多臺(tái)設(shè)備能夠共享一個(gè)

9、物理通道4, 并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，按時(shí)分復(fù)用方式發(fā)送。而EDR技術(shù)增加了藍(lán)牙數(shù)據(jù)的傳輸帶 寬和傳輸吞吐量，從而提高了文件多點(diǎn)傳送的帶寬和吞吐量。多點(diǎn)傳送流程。 首先由文件發(fā)送父進(jìn)程，根據(jù)查詢到的藍(lán)牙設(shè)備數(shù)目創(chuàng)立與之?dāng)?shù)目相等的文件發(fā) 送子進(jìn)程，每個(gè)文件發(fā)送子進(jìn)程將獨(dú)立承當(dāng)向相應(yīng)藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送文件的任務(wù)，使 文件向多臺(tái)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行傳送。當(dāng)所有發(fā)送任務(wù)建立完畢后，文件發(fā)送父進(jìn)程首先判斷所有文件發(fā)送子進(jìn)程 是否都已經(jīng)退出，假設(shè)是那么進(jìn)入下輪發(fā)送，否那么將執(zhí)行阻塞操作，等待其他子進(jìn) 程退出。每個(gè)文件發(fā)送子進(jìn)程乂將創(chuàng)立對(duì)象推送子進(jìn)程，該子進(jìn)程調(diào)用對(duì)象推送功能，完成文件向某一設(shè)備的發(fā)送。在等待推送過(guò)程中，同時(shí)啟

10、用重發(fā)機(jī)制，判 斷子進(jìn)程退出原因，假設(shè)由于文件發(fā)送完畢或用戶拒絕接收而退出，那么發(fā)送下一文 件，假設(shè)由于發(fā)生藍(lán)牙通道競(jìng)爭(zhēng)致使建立連接失敗而退出，那么向設(shè)備重新發(fā)起連接， 重新發(fā)起連接次數(shù)不超過(guò)5次。5網(wǎng)絡(luò)文件傳送實(shí)現(xiàn) 方案應(yīng)用個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (PAN)技術(shù)成功建立了嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)之間基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信。PAN 協(xié)議主要描述了藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)封裝協(xié)議(BMEP)的使用，并且提供了網(wǎng)絡(luò)訪問點(diǎn)(NAP)服 務(wù)和組網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(GN)。BNEP用于通過(guò)藍(lán)牙介質(zhì)，傳輸通用聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。BNEP將在藍(lán) 牙協(xié)議與Ethernet間建立訪問點(diǎn)作為網(wǎng)橋5,使用BNEP包頭取代Ethernet包 頭，BNEP包頭和

11、Ethernet凈荷最終被L2CAP封裝，并通過(guò)藍(lán)牙介質(zhì)發(fā)送。 在 本方案中，采用網(wǎng)絡(luò)訪問點(diǎn)的方式進(jìn)行組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中PC機(jī)的角色為客戶端(PANU), 而嵌入式系統(tǒng)為NAP,充當(dāng)服務(wù)器。首先使系統(tǒng)處于監(jiān)聽狀態(tài)，此時(shí)，利用PC機(jī) 的藍(lán)牙軟件，查詢嵌入式系統(tǒng)的NAP服務(wù)，并向其發(fā)起組網(wǎng)連接請(qǐng)求，系統(tǒng)在監(jiān) 聽到連接請(qǐng)求后做出回應(yīng)。當(dāng)組網(wǎng)成功后，嵌入式系統(tǒng)將自動(dòng)分配給PC機(jī)IP地 址，同時(shí)設(shè)置自身IP,此時(shí)，只需將PC機(jī)的IP改為與嵌入式系統(tǒng)同一網(wǎng)段，PC 機(jī)即可與系統(tǒng)在TCP/IP協(xié)議上通信，并通過(guò)FTP協(xié)議對(duì)嵌入式系統(tǒng)中的文件進(jìn)行 訪問和更新。6測(cè)試與分析6.1文件單點(diǎn)傳送測(cè)試以嵌入式系統(tǒng)作為發(fā)送端

12、， 將帶有對(duì)象推送協(xié)議的手機(jī)作為接收端，對(duì)某1臺(tái)手機(jī)進(jìn)行5次文件發(fā)送，測(cè)試 每次文件的傳送時(shí)間，并計(jì)算平均傳送速度，測(cè)試結(jié)果如表1。接收到的圖片均可 在手機(jī)中正常顯示。結(jié)果說(shuō)明，在傳送不同大小、不同格式圖片的情況下，系統(tǒng)單 點(diǎn)傳送性能穩(wěn)定,最高速度可達(dá)19.7 kb/s,可滿足一般藍(lán)牙通信需求。6. 2 文件多點(diǎn)傳送測(cè)試此局部主要測(cè)試文件多點(diǎn)傳送情況下建立連接可靠性 和文件傳送時(shí)間。首先通過(guò)比照加入重發(fā)機(jī)制前后的建立連接成功率，說(shuō)明重發(fā) 機(jī)制對(duì)提升多點(diǎn)傳送可靠性的重要作用。建立連接成功率計(jì)算方法如下：建立 連接成功率=(成功連接次數(shù)/(每組發(fā)送文件數(shù)&timcs;設(shè)備總數(shù)100% 測(cè)試未加入重

13、發(fā)機(jī)制時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)與遠(yuǎn)程設(shè)備建立連接成功率。以手機(jī)作為接收 終端，測(cè)試結(jié)果。測(cè)試結(jié)果顯示，建立連接成功率隨設(shè)備數(shù)目增多而遞減。當(dāng)設(shè)備數(shù)為5時(shí)，建 立連接成功率僅為53. 33%,不能滿足實(shí)際需要。但加入重發(fā)機(jī)制后，所有情況下 建立連接成功率均到達(dá)100除建立連接的可靠性得到明顯改善，可以滿足實(shí)際應(yīng) 用的需要。嵌入式系統(tǒng)向手機(jī)終端統(tǒng)一發(fā)送大小為200 KB的JPEG格式圖片，手機(jī)臺(tái)數(shù)由1臺(tái)逐步增加至5臺(tái)。測(cè)試結(jié)果。接收到圖片在5臺(tái)手機(jī)上均能正常 顯示，說(shuō)明多點(diǎn)傳送穩(wěn)定可靠，未喪失數(shù)據(jù)。隨著手機(jī)臺(tái)數(shù)的增多，發(fā)送時(shí)間增 長(zhǎng)，說(shuō)明TDD技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了合理分組，并以時(shí)分復(fù)用方式進(jìn)行發(fā)送，傳輸穩(wěn) 定可靠。在設(shè)備數(shù)增至5臺(tái)時(shí)，其平均傳送速度約為58. 8 kb/s,較單播平均傳送 速度有較大提高。6. 3網(wǎng)絡(luò)文件傳送測(cè)試首先將嵌入式系統(tǒng)在piconet中設(shè)置為server,之后利用PC藍(lán)牙軟件向嵌入式系統(tǒng)發(fā)起連接，Windows任務(wù)欄中會(huì)出現(xiàn)正在連接的圖 標(biāo)提示，連接成功后，嵌入式系統(tǒng)為PC分配的IP地址是169. 254.204. 174；將此 IP改為和系統(tǒng)預(yù)設(shè)IP(16