藍(lán)牙與UART：互補(bǔ)配合，相輔相成

藍(lán)牙是一種流行的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。因其便捷、易用、并具有可滿足當(dāng)今快速擴(kuò)展的移動(dòng)與個(gè)人通信應(yīng)用需求的帶寬，該技術(shù)的集成在業(yè)內(nèi)迅速擴(kuò)展。根據(jù) 2004年4月In-Stat/MDR 發(fā)布的報(bào)告，未來(lái)支持藍(lán)牙的應(yīng)用將包括蜂窩電話、無(wú)繩電話、接入點(diǎn)、臺(tái)式電腦、筆記本電腦、內(nèi)存卡、打印機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)、廣泛的消費(fèi)類設(shè)備（包 括游戲、音箱、機(jī)頂盒與MP3播放機(jī)等）,以及汽車(chē)與工業(yè)應(yīng)用等。

藍(lán)牙支持無(wú)線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接和LAN、移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)及家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等的無(wú)線接入。藍(lán)牙可通過(guò)這些設(shè)備進(jìn)行無(wú)線發(fā)射和接收。它通過(guò)一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)和一個(gè)主機(jī)控制器接口(HCI)發(fā)送和接收發(fā)射的數(shù)據(jù)。

目前，最流行的HCI是通用異步接收器與發(fā)射器(UART)和通信串行總線(USB)連接的，如圖1所示。UART通常更受青睞，因其性能和數(shù)據(jù)吞吐率水平與USB接口相當(dāng)，且傳輸協(xié)議較為簡(jiǎn)單，減少了軟件開(kāi)銷(xiāo)，是一種更為經(jīng)濟(jì)高效的全硬件解決方案。

預(yù)計(jì)很大比例的針對(duì)通信應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的藍(lán)牙芯片將在主控制器中包含UART。本文將考察UART作為一個(gè)界于主機(jī)與藍(lán)牙芯片組/模塊之間的橋接設(shè)備具有的優(yōu)點(diǎn)。

圖1：藍(lán)牙模塊與主機(jī)系統(tǒng)的連接框圖

UART概述

UART通常用于與串行輸入和串行輸出設(shè)備之間的通信。這種傳輸類型通過(guò)犧牲速度降低了連接的成本和復(fù)雜性。對(duì)許多應(yīng)用而言，這種折中是理想的。

UART的發(fā)射器和接收器均提供了串行異步接收數(shù)據(jù)同步和數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)串/串轉(zhuǎn)并功能。這些功能是將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為數(shù)字系統(tǒng)所要求的并行數(shù)據(jù)所必需 的。串行數(shù)據(jù)流的同步是通過(guò)在發(fā)送數(shù)據(jù)中增加起始位和停止位以形成一個(gè)數(shù)據(jù)字符而實(shí)現(xiàn)的，并通過(guò)給數(shù)據(jù)字符附加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位來(lái)保證數(shù)據(jù)完整性。接收器將 通過(guò)該奇偶校驗(yàn)位來(lái)檢測(cè)傳輸錯(cuò)誤。

對(duì)主機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，UART就像一個(gè)8位的輸入和輸出端口，主機(jī)可以對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操作。當(dāng)主機(jī)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，它只需將數(shù)據(jù)按字節(jié)格式（8位寬）發(fā)送 到UART即可。當(dāng)UART接收到來(lái)自另一個(gè)串行設(shè)備的數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)把數(shù)據(jù)緩存在其FIFO中（同樣是8位寬），然后通過(guò)一個(gè)內(nèi)部寄存器位或硬件中斷信號(hào)向 主機(jī)指示該數(shù)據(jù)已可以使用。

除發(fā)射器和接收器外，有些UART還整合了如下功能，從而極大地減少了軟件開(kāi)銷(xiāo)，提高了系統(tǒng)效率。

● 硬件與軟件自動(dòng)流量控制：自動(dòng)防止出現(xiàn)FIFO溢出的狀況。如果沒(méi)有自動(dòng)流量控制，主機(jī)軟件必須在接收FIFO快被填滿時(shí)立即將其讀取至空。

● 較大的FIFO：減少主機(jī)處理器花在UART上的時(shí)間。這將使處理器有更多的時(shí)間完成其他任務(wù)。

● 更快的波特率和更快的總線訪問(wèn)：提高總體系統(tǒng)性能。系統(tǒng)可在更少的時(shí)間內(nèi)發(fā)送/接收更多數(shù)據(jù)。

圖2：F2M01與串行端口連接器的接口

UART應(yīng)用于現(xiàn)成的藍(lán)牙模塊

采用UART接口可帶來(lái)的一個(gè)好處是可與現(xiàn)成的藍(lán)牙模塊一起工作。為了說(shuō)明這一硬件接口，我們將考察一個(gè)關(guān)于Free2Move藍(lán)牙串行模塊(F2M01)的實(shí)例。目前市場(chǎng)上有許多與Free2Move插頭類似的其他產(chǎn)品，如果它們內(nèi)嵌了UART，結(jié)果是一樣的。

圖3：Blueberry DATA接口

F2M01在非常小的封裝中集成了藍(lán)牙模塊，可替換大多數(shù)常用的串行端口電纜。使用一類藍(lán)牙，可提供約100m范圍的連接。使用該插頭不需要任何外 部驅(qū)動(dòng)器。附帶一個(gè)界面友好的Windows應(yīng)用程序，用于對(duì)通信模式和波特率進(jìn)行編程。該Windows應(yīng)用程序還可通過(guò)RTS/CTS信號(hào)支持硬件流 量控制。圖2顯示了F2M01與一個(gè)現(xiàn)有串行端口9引腳連接器之間的接口。

F2M01需要通過(guò)DC連接器或9引腳RS-232 DSUB連接器供以4～5V直流電。模塊可連接到任何RS-232串行端口接口，如PC串行端口或任何RS-232 9引腳DSUB連接器。模塊最高速率可達(dá) 115.2kb/s。

圖4：UART與主機(jī)控制器的接口

UART應(yīng)用于藍(lán)牙芯片組

采用UART作為主機(jī)與使用藍(lán)牙芯片組的設(shè)備之間的橋接電路是另一種UART具備優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用。我們通過(guò)一個(gè)飛利浦PCF87752的實(shí)例來(lái)展示該接口，其他生產(chǎn)廠家的UART藍(lán)牙應(yīng)用解決方案與此相似。

PCF87752是集成度最高的藍(lán)牙應(yīng)用單芯片基帶解決方案。這一被稱為“藍(lán)莓?dāng)?shù)據(jù)”(Blueberry DATA)的解決方案包含了實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)完整基帶功能性應(yīng)用所需的全部要素，是移動(dòng)電話與計(jì)算設(shè)備等宿主和嵌入式應(yīng)用中藍(lán)牙集成的理想解決方案。

Blueberry DATA的中央處理器是一個(gè)嵌入式32位ARM7DMI RISC微控制器，每MHz功耗很低。除了UART外，該芯片還集成了多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)I/O接口，包括USB、I2C和PCM/IOM。由于配備了多種 I/O接口，Blueberry DATA可與廣泛的設(shè)備進(jìn)行通信。UART的簡(jiǎn)單傳輸協(xié)議可減少軟件開(kāi)銷(xiāo)，使之成為一種更為經(jīng)濟(jì)高效的硬件解決方案。圖3展示了一個(gè)此類接口，圖4則詳細(xì) 描述了UART與主機(jī)控制器之間的接口。

很顯然，因其性能、便捷和易于部署等優(yōu)點(diǎn)，藍(lán)牙未來(lái)將成為一種流行的技術(shù)，為大量應(yīng)用所采用。通過(guò)與UART相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)通常會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。通過(guò) UART的無(wú)縫連接將藍(lán)牙模塊集成到主機(jī)系統(tǒng)，可為設(shè)計(jì)人員滿足不斷增長(zhǎng)的更快數(shù)據(jù)速率需求與適應(yīng)現(xiàn)在及未來(lái)通信應(yīng)用的靈活性提供一種最佳的解決方案。