嵌入式藍(lán)牙文件傳送方案的實現(xiàn)
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利用藍(lán)牙技術(shù)實現(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1.0規(guī)范的藍(lán)牙通信只支持單點(diǎn)傳輸，隨著藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)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?，為藍(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)對遠(yuǎn)程藍(lán)牙設(shè)備的多點(diǎn)文件傳送方案,并應(yīng)用個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(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)提供了廣闊的發(fā)展空間，具有良好的市場前景。
1 方案設(shè)計概述
方案設(shè)計以ARM嵌入式系統(tǒng)作為硬件實現(xiàn)平臺，并基于Linux操作系統(tǒng)，完成藍(lán)牙文件傳送方案。文件單點(diǎn)傳送方案依據(jù)對象交換協(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)庫實現(xiàn)對象推送功能，從而完成對遠(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)用全雙工時分復(fù)用（TDD）技術(shù)以及EDR（Enhance Data Rate）技術(shù)實現(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)建立并管理多個文件發(fā)送進(jìn)程，完成文件向多個遠(yuǎn)程設(shè)備的同時發(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方式訪問并更新嵌入式系統(tǒng)中的文件。
2 方案硬件架構(gòu)
本方案基于ARM硬件開發(fā)平臺，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。藍(lán)牙適配器作為系統(tǒng)的核心通信部件接至USB Device接口，并通過適配器完成文件傳送功能。同時本硬件系統(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RS232串口對應(yīng)用程序進(jìn)程調(diào)試。硬件整體架構(gòu)如圖1所示。
3 方案軟件框架
軟件框架主要由藍(lán)牙核心協(xié)議、會話層協(xié)議以及上層應(yīng)用程序構(gòu)成，如圖2所示。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)由邏輯鏈路層到實際物理通道的控制和處理。
會話層協(xié)議將建立對應(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)議提供對基于L2CAP協(xié)議的串口仿真,基于ETSI07.10，可支持在兩個藍(lán)牙設(shè)備之間同時保持高達(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，并自動篩選出帶有對象推送服務(wù)的遠(yuǎn)程設(shè)備作為發(fā)送目標(biāo)，此協(xié)議由BlueZ所提供的接口函數(shù)實現(xiàn)。而OBEX作為實現(xiàn)文件傳送的核心協(xié)議，將為被傳送文件建立對象模型，并面向?qū)ο蠹皞魉瓦^程定義對應(yīng)操作方法，以實現(xiàn)文件傳送。PAN協(xié)議用于建立藍(lán)牙無線網(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)對象交換協(xié)議(OBEX)實現(xiàn)對象推送（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)實現(xiàn)文件多點(diǎn)傳送。此外，利用BlueZ提供的PAN工具實現(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 文件傳送功能實現(xiàn)
4.1 文件單點(diǎn)傳送實現(xiàn)
文件單點(diǎn)傳送是多點(diǎn)傳送的基礎(chǔ)，也是本方案的核心技術(shù)，并基于對象交換協(xié)議（OBEX）。應(yīng)用于藍(lán)牙系統(tǒng)的對象交換協(xié)議其目標(biāo)是完成兩藍(lán)牙設(shè)備間的數(shù)據(jù)對象通信，其典型應(yīng)用為實現(xiàn)對象推送功能。OBEX本身包括兩部分：數(shù)據(jù)對象模型和會話協(xié)議。對象模型包括將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對象的各種信息以及數(shù)據(jù)對象本身。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和信息頭的值兩部分構(gòu)成，ID描述了信息頭的內(nèi)容及格式，信息頭的值由一個字節(jié)或多個字節(jié)組成，描述了對象屬性的具體含義。OBEX會話層操作由請求-應(yīng)答成對組成，由客戶端發(fā)出請求，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)起新的請求。
本方案利用openobex應(yīng)用函數(shù)庫實現(xiàn)了系統(tǒng)對某一遠(yuǎn)程設(shè)備的文件對象推送功能。openobex函數(shù)庫實現(xiàn)了OBEX協(xié)議的會話層操作及相應(yīng)對象模型描述。圖3顯示了完成對象推送功能的全過程。
通過圖3所述過程，系統(tǒng)與目標(biāo)設(shè)備可完成一次文件單點(diǎn)傳送。在實現(xiàn)文件多點(diǎn)傳送時，可循環(huán)調(diào)用此過程，完成文件傳輸。
4.2 文件多點(diǎn)傳送實現(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)實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)向多個藍(lán)牙設(shè)備節(jié)點(diǎn)并發(fā)傳送文件的功能。同時利用多進(jìn)程技術(shù)，對多個發(fā)送進(jìn)程進(jìn)行合理管理，保證文件能高效及時地被發(fā)送到遠(yuǎn)程設(shè)備中。其中采用TDD技術(shù)，使多臺設(shè)備能夠共享一個物理通道[4]，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，按時分復(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)傳送流程如圖4所示。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)建與之?dāng)?shù)目相等的文件發(fā)送子進(jìn)程，每個文件發(fā)送子進(jìn)程將獨(dú)立承擔(dān)向相應(yīng)藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送文件的任務(wù)，使文件向多臺設(shè)備同時進(jìn)行傳送。
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