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标题: 信息家电中蓝牙通信的实现 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 07:36
标题: 信息家电中蓝牙通信的实现
信息家电是当前国内外研究的热点，而信息家电中又以数据传输方式的性价比为重点。蓝牙可以作为一种有效的通信手段，实现家庭网关与信息家电间的控制信息等其他适中数据量的传输。本文首先介绍蓝牙的HCI和蓝牙协议L2CAP、BNEP，然后介绍如何在Linux2.4.18下实现USB蓝牙驱动，最后介绍如何实现在蓝牙个人局域网中进行无线通信。

1 信息家电的基本框图

信息家电的基本结构图如下图1所示，家庭主网关是负责各种家电与外部环境进行“交流”的桥梁，其中与外部环境进行通信的方式包括Ethernet、PSTN固话网等等。而就家庭内部而言，对于如：空调、电视等普通信息家电，由于家庭网关与其通信的数据量并不大，因此完全可以采取蓝牙无线方式进行通信，从而达到控制家电工作的目的。

图1

2蓝牙的HCI和L2CAP、BNEP协议

蓝牙协议体系大致分为三层，即底层硬件模块层、中间协议层、高端应用层，每一层还
包含一些具体的协议。

2.1蓝牙的HCI

蓝牙的主机控制接口（HCI）是蓝牙主机--主控制器应用模式中蓝牙模块和主机间的软硬件接口，它位于蓝牙协议栈的底层硬件模块层与中间协议层之间，负责完成这二层的数据通信[1]。目前，蓝牙HCI传输层的物理接口有USB、UART等，蓝牙设备可以采用这些物理接口来实现通信。本文将介绍用USB口作为传输层实现通信。

2.2蓝牙的L2CAP协议
蓝牙的逻辑链路控制与适配协议（L2CAP）是整个蓝牙协议的核心，它位于中间协议层，它将下层的数据分组转换为便于高层应用的数据分组格式，并提供协议复用等功能。它向上层协议提供了面向连接和无连接的服务，L2CAP层只支持ACL（异步无连接）数据的传输，而不支持SCO（同步面向连接）数据的传输[1]。

2.3 蓝牙的BNEP协议

蓝牙SIG制定的网络封装协议(BNEP,Bluetooth Network Encapsulation Protocol),可对上层IP协议提供类似于以太网的接口，对IEEE802. 3/Ethernet封装支持的网络协议，均予以支持 [2]。BNEP通过面向连接的L2CAP来实现的，L2CAP可以看作是蓝牙介质访问控制(MAC)层。BNEP在整个蓝牙协议栈中起着一个桥梁的作用，它将IP包转换成L2CAP包通过蓝牙传输。BNEP协议主要应用在蓝牙个人区域网中。

3 USB蓝牙模块驱动

1、由于采用的内核是Linux2.4.18，其中并没有包括对蓝牙驱动的支持，因此必须对其打补丁。解压Linux2.4.18内核，把蓝牙补丁包patch-2.4.18-mh15.gz放在解压内核目录下，执行命令patch –p1 < patch-2.4.18-mh15.gz[3]。

2、Linux Bluetooth协议栈中的BNEP(Bluetooth 网络封装协议)实现了Bluetooth上的以太网仿真，这使TCP/IP可以直接运行于Bluetooth之上。由于实验的本质就是通过蓝牙HCI的USB实现基于BNEP的以太网传输数据，因此在内核配置时必须加上对BNEP的支持。

3、进入Bluetooth subsystem support选项中，选择L2CAP protocol support、BNEP protocol support(Malticast filter support和Protocol filter support)这几项，这几项的作用就是使内核支持蓝牙协议中的L2CAP和BNEP协议。然后进入Bluetooth device drivers，选择HCI USB driver。至此，就完成了内核对于USB蓝牙的支持。

4、下载bluez-libs-2.17.tar.gz蓝牙库和bluez-utils-2.17.tar.gz工具包，运行tar zxvf命令解压缩，然后运行make和make install命令，这样就能得到我们需要的libbluetooth.so、libbluetooth.so.1、libbluetooth.so.1.17这3个库文件和hcid、hcitool、pand、hciconfig、sdpd、sdpdtool这6个进程文件。

4家庭网关中蓝牙无线通信的实现
整个通信过程的介绍：

1、USB蓝牙的传输驱动程序（drivers/bluetooth/hci_usb.c）将信息注册到Linux USB核心。当USB蓝牙插入时，主机控制器设备驱动程序会枚举它并给它分配地址，同时读取设备描述符中所包含的设备信息。如果枚举期间读取的设备描述符与hci_usb驱动程序注册到Linux USB核心的信息相匹配，那么这个驱动程序就能添加进USB设备。

2、运行hcid（HCI后台进程）、sdpd（服务发现协议后台进程）、hciconfig（检查HCI接口并开启蓝牙设备）、hcitool（扫描蓝牙设备的地址）这四个CRAMFS文件系统sbin目录下的进程文件，这几个文件的执行依赖于libbluetooth.so、libbluetooth.so.1、libbluetooth.so.1.17这三个蓝牙库文件。在S3C2410一侧的蓝牙设备能够被发现并被成功分配唯一地址的基础之上运行pand --listen --role NAP，这样将允许通过蓝牙连接以太网。如图2所示。

图2

3、PC机上插入USB蓝牙，运行windows下蓝牙的驱动软件BlueSoleil，扫描并发现蓝牙设备之后，建立个人局域网。

4、在个人局域网建立的基础之上，BNEP就可以将自己作为以太网设备注册到Linux网络层。可以通过命令ifconfig bnep0来改变蓝牙接口IP地址。BNEP模块和用户模式pand后台进程实现了Bluetooth个人区域网（PAN）。将二个USB蓝牙的IP地址修改为同一个网段后，就可以使用ping PC机的USB蓝牙IP地址命令来实现模拟家庭网关和内部设备间的无线通信，如图3超级终端打印信息所示。

图3

5、实验结果：由图2和图3可以看到在运行了包含hcid、sdpd、hciconfig、hcitool四个进程的文件bluetooth后，可看到S3C2410一侧的USB蓝牙的地址为00:0D:18:01:23:88，而后用ifconfig bnep0 192.168.0.2修改了它的局域网地址，最后用ping 192.168.0.18（PC机上的蓝牙地址）即可实现双方的数据收发。

参考文献：

[1] Bluetooth Special Interest Group,Specification of the Bluetooth Sy-stem,Version1.1,volumes 1 and 2,available from http://www.bluetooth.com,February 22 2001

[2] Bluetooth Special Interest Group. Bluetooth Network Encapsulation Protocol Specification：Specification of the Bluetooth System .Version 0.96e, 2002

[3] JONATHAN CORBET,ALESSANDRO RUBINI著；魏永明, 骆刚，姜君译.LINUX设备驱动程序（第2版）[M].中国电力出版社，2004,9

[4] 吴振纲，陈虎．PLC的人机接口与编程［J］．微计算机信息，2005，8-1：21-23

作者简介：肖骁，男，1981年生，汉，在读研究生，研究方向：信息家电体系结构、嵌入式系统.

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