信息家電中藍牙通信的實現

標簽：HCI 藍牙協議

信息家電是當前國內外研究的熱點，而信息家電中又以數據傳輸方式的性價比為重點。藍牙可以作為一種有效的通信手段，實現家庭網關與信息家電間的控制信息等其他適中數據量的傳輸。本文首先介紹藍牙的HCI和藍牙協議L2CAP、BNEP，然后介紹如何在Linux2.4.18下實現USB藍牙驅動，最后介紹如何實現在藍牙個人局域網中進行無線通信。

1 信息家電的基本框圖

信息家電的基本結構圖如下圖1所示，家庭主網關是負責各種家電與外部環境進行“交流”的橋梁，其中與外部環境進行通信的方式包括Ethernet、PSTN固話網等等。而就家庭內部而言，對于如：空調、電視等普通信息家電，由于家庭網關與其通信的數據量并不大，因此完全可以采取藍牙無線方式進行通信，從而達到控制家電工作的目的。

圖1

2藍牙的HCI和L2CAP、BNEP協議

藍牙協議體系大致分為三層，即底層硬件模塊層、中間協議層、高端應用層，每一層還

包含一些具體的協議。

2.1藍牙的HCI

藍牙的主機控制接口(HCI)是藍牙主機--主控制器應用模式中藍牙模塊和主機間的軟硬件接口，它位于藍牙協議棧的底層硬件模塊層與中間協議層之間，負責完成這二層的數據通信[1]。目前，藍牙HCI傳輸層的物理接口有USB、UART等，藍牙設備可以采用這些物理接口來實現通信。本文將介紹用USB口作為傳輸層實現通信。

2.2藍牙的L2CAP協議

藍牙的邏輯鏈路控制與適配協議(L2CAP)是整個藍牙協議的核心，它位于中間協議層，它將下層的數據分組轉換為便于高層應用的數據分組格式，并提供協議復用等功能。它向上層協議提供了面向連接和無連接的服務，L2CAP層只支持ACL(異步無連接)數據的傳輸，而不支持SCO(同步面向連接)數據的傳輸[1]。

2.3 藍牙的BNEP協議

藍牙SIG制定的網絡封裝協議(BNEP,Bluetooth Network Encapsulation Protocol),可對上層IP協議提供類似于以太網的接口，對IEEE802. 3/Ethernet封裝支持的網絡協議，均予以支持 [2]。BNEP通過面向連接的L2CAP來實現的，L2CAP可以看作是藍牙介質訪問控制(MAC)層。BNEP在整個藍牙協議棧中起著一個橋梁的作用，它將IP包轉換成L2CAP包通過藍牙傳輸。BNEP協議主要應用在藍牙個人區域網中。

3 USB藍牙模塊驅動

1、由于采用的內核是Linux2.4.18，其中并沒有包括對藍牙驅動的支持，因此必須對其打補丁。解壓Linux2.4.18內核，把藍牙補丁包patch-2.4.18-mh15.gz放在解壓內核目錄下，執行命令patch –p1 patch-2.4.18-mh15.gz[3]。

2、Linux Bluetooth協議棧中的BNEP(Bluetooth 網絡封裝協議)實現了Bluetooth上的以太網仿真，這使TCP/IP可以直接運行于Bluetooth之上。由于實驗的本質就是通過藍牙HCI的USB實現基于BNEP的以太網傳輸數據，因此在內核配置時必須加上對BNEP的支持。

3、進入Bluetooth subsystem support選項中，選擇L2CAP protocol support、BNEP protocol support(Malticast filter support和Protocol filter support)這幾項，這幾項的作用就是使內核支持藍牙協議中的L2CAP和BNEP協議。然后進入Bluetooth device drivers，選擇HCI USB driver。至此，就完成了內核對于USB藍牙的支持。

4、下載bluez-libs-2.17.tar.gz藍牙庫和bluez-utils-2.17.tar.gz工具包，運行tar zxvf命令解壓縮，然后運行make和make install命令，這樣就能得到我們需要的libbluetooth.so、libbluetooth.so.1、libbluetooth.so.1.17這3個庫文件和hcid、hcitool、pand、hciconfig、sdpd、sdpdtool這6個進程文件。

4家庭網關中藍牙無線通信的實現

整個通信過程的介紹：

1、USB藍牙的傳輸驅動程序(drivers/bluetooth/hci_usb.c)將信息注冊到Linux USB核心。當USB藍牙插入時，主機控制器設備驅動程序會枚舉它并給它分配地址，同時讀取設備描述符中所包含的設備信息。如果枚舉期間讀取的設備描述符與hci_usb驅動程序注冊到Linux USB核心的信息相匹配，那么這個驅動程序就能添加進USB設備。

2、運行hcid(HCI后臺進程)、sdpd(服務發現協議后臺進程)、hciconfig(檢查HCI接口并開啟藍牙設備)、hcitool(掃描藍牙設備的地址)這四個CRAMFS文件系統sbin目錄下的進程文件，這幾個文件的執行依賴于libbluetooth.so、libbluetooth.so.1、libbluetooth.so.1.17這三個藍牙庫文件。在S3C2410一側的藍牙設備能夠被發現并被成功分配唯一地址的基礎之上運行pand --listen --role NAP，這樣將允許通過藍牙連接以太網。如圖2所示。

圖2

3、PC機上插入USB藍牙，運行windows下藍牙的驅動軟件BlueSoleil，掃描并發現藍牙設備之后，建立個人局域網。

4、在個人局域網建立的基礎之上，BNEP就可以將自己作為以太網設備注冊到Linux網絡層。可以通過命令ifconfig bnep0來改變藍牙接口IP地址。BNEP模塊和用戶模式pand后臺進程實現了Bluetooth個人區域網(PAN)。將二個USB藍牙的IP地址修改為同一個網段后，就可以使用ping PC機的USB藍牙IP地址命令來實現模擬家庭網關和內部設備間的無線通信，如圖3超級終端打印信息所示。

圖3

5、實驗結果：由圖2和圖3可以看到在運行了包含hcid、sdpd、hciconfig、hcitool四個進程的文件bluetooth后，可看到S3C2410一側的USB藍牙的地址為00:0D:18:01:23:88，而后用ifconfig bnep0 192.168.0.2修改了它的局域網地址，最后用ping 192.168.0.18(PC機上的藍牙地址)即可實現雙方的數據收發。