1、摘 要智能住宅伴随着计算机、通信、网络和控制技术的发展而出现，家庭网关作为智能住宅的核心设施把由信息家电、功能各异的传感器 、 PC 及 其 外 设 等 构 成 的 家 庭 内 部 网 络 和 小 区 局 域 网 联 系 起 来 ， 进而 接 入 国 际 互 联 网 ，实 现 信 息 共 享 、远 程 控 制 、集 中 管 理 等 功 能 。随着 新 技 术 的 出 现 ，家 庭 网 关 的 设 计 也 被 注 入 了 新 的 活 力 ，本 文 介 绍 的就是一种融合蓝牙技术的嵌入式家庭网关。蓝牙技术是一种用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间的低 成 本 、近 距 离 的 无 线 通 讯 连
2、 接 技 术 ，在 家 庭 场 合 应 用 可 以 取 代 烦 琐的电缆。主网关是家庭主网和家庭外部公共网络或社区网络的接口，是 真 正 意 义 上 的 家 庭 网 关 ，而 子 网 关 是 作 为 一 个 “ 设 备 ”接 入 到 家 庭主 网 中 ,它 是 家 庭 控 制 子 网 到 家 庭 主 网 的 接 口 。 本 文 的 家 庭 子 网 网 关蓝 牙 模 块 采 用 CSR 公 司 最 近 研 发 的 第 六 代 芯 片 BlueCore6，该 芯 片 采用 AuriStream 技 术 ， 它 是 蓝 牙 处 理 语 音 传 输 方 式 的 一 个 巨 大 突 破 ，提 供 了 更
3、 高 的 语 音 质 量 ，并 且 功 耗 降 低 了 40%，在 远 程 控 制 方 面 采 用PSTN（ 公共电话交换网） 接 入 方 式 最 为 理 想 。关键词：蓝牙，嵌入式系统， Clinux，MCF5272，家庭网关ABSTRACTThe intelligence housing is following the computer, the correspondence, thenetwork and the control technology development appears, the home gateway takesthe intelligent housing t
4、he core facility, constitution and so on sensor which, PC andperipheral device by the information electrical appliances, the function varies homeinterior networks and the plot local area network relates, then the turning on internet,realizes functions and so on information sharing, remote control, c
5、entralizedmanagement. Along with the new technologys appearance, the home gatewaysdesign also pours into the new vigor, this article introduced is one kind fuses the bluetooth technology embedded home gateway.The bluetooth technology is one kind uses in each kind fixing with betweenthe motion digiti
6、zed hardware equipments low cost, the short distance wirelesscommunication link technology, and may substitute for the troublesome electriccable in the home situation application. The main gateway is which the homeprincipal network and the home public network or the community network outsideconnecti
7、on, the home gateway is the true sense, but the sub-gateway is takes one“the equipment” to turn on the home principal network, it is the home control subnetto the home principal network connection. This article home subnet gateway bluetooth module uses sixth generation of chip BlueCore6 which CSR Co
8、rporationresearched and developed recently, this chip uses the AuriStream technology, it is ablue tooth processing speech transmission way quantum leap, has provided thehigher pronunciation quality, and the power loss reduced 40%, selects the PSTNturning on method in the control aspect to be most id
9、eal.Key word: Blue tooth, embedded system, Clinux, MCF5272, Home gateway目 录1 绪 论 .11.1 课 题 背 景 来 源 11.2 蓝 牙 技 术 发 展 现 状 .21.3 家 庭 网 络 发 展 现 状 .61.4 论 文 章 节 安 排 82 蓝 牙 核 心 协 议 及 操 作 系 统 Clinux .92.1 蓝 牙 技 术 概 述 92.2 蓝 牙 协 议 （ Protocol） 102.3 蓝 牙 剖 面 （ Profile） .122.4 蓝 牙 连 接 过 程 132.5 操 作 系 统 Clinux
10、.132.5.1 Clinux 的内存管理 142.5.2 Clinux 内核变化和加载方式 .152.5.3 Clinux 的文件系统 .162.5.4 Clinux 的多进程处理 .172.6 移植 Clinux 到目标平台 172.7 本章小结 .203 家 庭 网 络 组 网 总 体 方 案 设 计 .213.1 家 庭 网 络 系 统 结 构 .213.2 家 庭 主 网 .223.2.1 家庭主网的功能.223.2.2 家庭主网网关.223.3 家 庭 控 制 子 网 233.3.1 家庭控制子网功能.233.3.2 家庭控制子网网关.233.4 移 动 控 制 终 端 243.5
11、 家 电 终 端 设 备 253.6 设 备 描 述 文 件 253.7 本 章 小 结 .264 基 于 蓝 牙 技 术 的 嵌 入 式 家 庭 网 关 研 制 .274.1 MCF5272 微 处 理 器 硬 件 平 台 274.2 蓝 牙 模 块 .284.3 建 立 嵌 入 式 开 发 环 境 294.3.1 建立宿主机开发环境.294.3.2 背景调试模式（BDM） .304.4 设 备 硬 件 驱 动 设 计 .314.4.1 Clinux 编写驱动程序的几个要点 314.4.2 具体设备驱动编写步骤324.4.3 蓝牙驱动部分的设计.344.5 家 庭 网 关 软 件 总 体 结
12、 构 354.5.1 主网关和子网关之间的通信.354.5.2 主网关程序软件设计与开发.374.5.3 子网关程序软件设计与开发.394.6 蓝 牙 技 术 实 现 家 庭 控 制 子 网 404.6.1 蓝牙协议及其实现.414.6.2 移动控制终端及其实现.414.6.3 家电终端及其实现.434.7 互 联 网 接 入 控 制 的 实 现 454.7.1 嵌入式 Web 服务器 Boa.454.7.2 Boa 配置 .464.7.3 CGI 程序的实现474.7.4 CGI 与 IAC 驻留进程通信 494.8 PSTN 接 入 控 制 的 实 现 .504.9 基 于 日 志 文 件
13、 系 统 的 配 置 管 理 工 具 .524.9.1 JFFS 基本原理 .524.9.2 JFFS 在 MCF5272 硬件平台上的实现 .534.10 本 章 小 结 .555 结 论 .565.1 本 文 的 主 要 工 作 .565.2 未 来 工 作 的 展 望 .56参 考 文 献 .58致 谢 61攻 读 硕 士 学 位 期 间 发 表 的 学 术 论 文 621 绪论1.1 课 题 背 景 来 源伴随着数字化、网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界的每个角落，成为势不可挡的历史趋势，在这种形式下智能家居技术应运而生 。 智 能 家 居 ， 或 称 智 能 住 宅 ， 源 于 英
14、 文 Smart Home， 它 依 靠 3C 技术 (Computer Technology ， Communications Technology 和 ControlTechnology )， 并 结 合 信 息 家 电 的 发 展 ， 为 用 户 提 供 了 一 种 更 加 安 全 、舒适、方便、快捷的智能化信息化生活空间。家居控制网络中的传输技术按传输介质的不同可分为有线技术和无线技术两大类。在现代家庭中弱电线缆越来越多，如电话线、有线电视、宽带网络线、防盗报警信号线等，它们给家居空间带来线缆繁多 、环 境 凌 乱 的 麻 烦 ，因 此 家 庭 弱 电 线 缆 需 要 进 行 统 一
15、、规 范 的 管 理 。然而传统的家庭布线方式因为设计成本高、施工不规范、维护和使用不方便等因素，已不能适应当前家居环境和家庭装修的需要，更无法满足未来智能家居生活的更高要求。随着无线通信技术的发展，无线通信技术在有效满足控制家庭网络速度及安全性要求的技术之上，可以避免有线连接网络的布线与设备添加繁琐的问题，己成为智能家居控制网络新的研究方向。目前已有许多厂商都致力于网络家庭住宅的研究与开发，并产生了 一 些 新 标 准 来 解 决 家 居 网 络 组 建 问 题 以 及 Internet 网 络 接 入 问 题 ，比 如 国 外 的 DLNA、 ECHONET、 UOPF 8 、 以 及 国
16、 内 的 “ 信 息 设 备 资源 共 享 协 同 服 务 ”标 准 工 资 组 (IGRS)， e-home 等 。这 些 标 准 的 产 生 极大地推动了网络家庭的发展，并相应的产生了许多具有新功能的信息家电设备。然而基于这些标准的网络家居的普及速度同样受到了一些因素的限制，诸如网络家庭住宅的成本投入、网络家居设备的使用周期、网络家居的控制灵活性等等。另一方面，传统家居设备占主导地位的形势对新标准的推广也产生了一定的阻力。所以，合理解决这些问 题 将 有 助 于 推 进 家 居 网 络 化 的 进 程 9。1“本文结合家居设备的状况以及网络家庭发展的客观需求，对家居控制网络进行了研究，提出
17、利用无线蓝牙技术组建智能家庭网络。智能家庭网络的主要特点就是多元信息处理，包括各类信息的采集、加工、管理、存储、交互等。因此有必要建立一个功能强大的信息处理平台。在智能家庭网络中，家庭网关担当了信息处理平台的角色。它一方面完成家庭无线网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享以及同外部通信网络之间的数据交换功能，另一方面负责对家庭中各个信息家电的集中管理和控制；各个信息家电也可通过家庭网关与外部网络相连，从而实现信息的交互和共享。正是由于家庭网关在家庭网 络 的 中 心 地 位 ， 使 得 对 家 庭 网 关 的 研 究 成 为 IT 业 界 的 热 点 之 一 。1.2 蓝 牙 技 术 发
18、展 现 状近十年来，微电子技术的不断进步极大地推动了计算机和通信设备 的 普 及 和 迅 速 发 展 ， 一 些 电 子 消 费 产 品 如 PC 机 、 掌 上 电 脑 、 移 动电话、无绳电话等逐步进入人们的日常生活、工作和学习中，成为人们生活不可缺少的一部分。然而在这些设备之间的数据传送往往通过线缆进行，限制了其使用的灵活性。因此人们希望有一种能够取代线缆 的 短 距 离 无 线 连 接 技 术 来 解 决 此 问 题 。正 是 在 这 种 需 求 之 下 ， 蓝 牙（ Bluetooth）” 应 运 而 生 了 。蓝 牙 起 源 于 1994 年 ，当 时 爱 立 信 、 IBM、英特
19、尔、诺基亚和东芝联合为设备间无线传送数据创建了一项标准。上 述 几 家 公 司 联 合 成 立 了 蓝 牙 特 殊 利 益 小 组 （ SIG）， 负 责 开 发 无 线 协议 规 范 并 设 定 相 互 操 作 的 需 求 。如 今 ，蓝 牙 SIG 已 发 展 到 2000 多 个 成员 ，包 括 微 软 、 3COM、朗 讯 、摩 托 罗 拉 、康 柏 和 戴 尔 等 公 司 ， IEEE802.11还没能提供一个完整的解决方案给他们。HomeRF 工 作 组 开 发 的“ 客 户 操 作 性 设 计 ” 规 范 ，即 共 享 无 线 接入 协 议（ SWAP： Shared Wirel
20、ess Access Protocol），已 经 从 1.0 版 升 级到 1.1 版 。 但 这 种 协 议 并 没 有 得 到 很 多 无 线 局 域 网 制 造 商 的 支 持 。 问题 之 一 是 HomeRF 中 包 括 语 音 和 数 据 两 种 协 议 ， 即 无 线 以 太 网（ IEEE802.11）和 欧 洲 数 字 无 绳 电 话（ DECT）。系 统 在 2.4GHz 频 带 扩2展 频 谱 上 以 50 跳 /秒 速 率 跳 频 ， 接 收 端 必 须 捕 获 传 输 信 号 的 数 据 头 和几 个 数 据 包 ， 进 而 切 换 到 相 应 的 模 式 。 同 I
21、EEE802.11 相 比 ， HomeRF从一开始设计上就是为了满足消费者在家庭网络上的需求。除了提供良好的服务质量外，简单、保密、易用是很显著的特点。在家庭网络上 ， HomeRF 产 品 是 消 费 者 适 合 的 选 择 。蓝 牙 （ Bluetooth） 技 术 是 一 项 开 放 的 、 全 球 统 一 的 短 距 离 无 线 通信协议。1999 年 ， SIG 公 布 了 第 一 版 蓝 牙 技 术 规 范 1.0。2000 年 ，一 些 生 产 手 机 、计 算 机 的 企 业 宣 布 它 们 的 一 些 产 品 支 持蓝 牙 。 如 ： 2000 年 9 月 ， MOTORO
22、LA 公 司 推 出 可 用 于 移 动 电 话 的 蓝牙 产 品 。 同 月 ， 东 芝 美 国 信 息 系 统 公 司 推 出 蓝 牙 PC 卡 。 同 月 ，MOTOROLA 公 司 宣 布 它 的 蓝 牙 PC 卡 和 USB 适 配 器 接 受 ABI 全 面 认证。2000 年 10 月 ，英 国 Red-M 公 司 推 出 蓝 牙 接 入 服 务 器 ，可 提 供 PC机 、 电 话 、 PDA 和 WAP 实 现 移 动 接 入 ， 推 出 第 一 个 蓝 牙 无 线 局 域 网产品。2000 年 10 月 ， GCT 公 司 推 出 第 一 片 蓝 牙 无 线 芯 片 GDM
23、1100。2000 年 10 月 ， SIG 向 其 成 员 发 布 了 1.1 版 。2000 年 10 月 ，Silicom Wave 公 司 宣 布 它 的 无 线 Modem IC 第 一 个得到蓝牙认证。2001 年 初 ，安 捷 伦 、泰 瑞 达 等 公 司 陆 续 推 出 可 对 射 频 模 块 与 蓝 牙芯片进行测试的设备。2001 年 3 月 ， 蓝 牙 1.1 版 规 范 正 式 公 开 发 布 。2002 年 6 月 ，TI 推 出 了 蓝 牙 芯 片 BRF6100，该 芯 片 将 蓝 牙 的 基 带处 理 电 路 和 RF 收 发 器 电 路 集 成 到 一 个 互
24、补 金 属 氧 化 物 半 导 体 大 规 模集 成 电 路 中 ， 最 大 电 流 消 耗 量 为 25 毫 安 。2003 年 5 月 ，国 内 蓝 牙 产 品 供 应 商 重 庆 金 瓯 隆 重 推 出 了 具 有 完 全自主知识产权的蓝牙耳机，它是一款专门为蓝牙手机及各种蓝牙音响设 备 所 设 计 的 产 品 。 它 兼 容 蓝 牙 1.1 规 范 ， 能 够 方 便 地 与 各 种 支 持 蓝3牙功能的手机及音响设备进行连接。2004 年 12 月 ， 英 飞 凌 宣 布 推 出 Blue Moon UniCellular PMB8753蓝 牙 芯 片 ，该 芯 片 支 持 蓝 牙
25、标 准 V2.0 和 新 的 增 强 数 据 速 率（ EDR）功能 ， 功 耗 低 ， 具 备 良 好 的 无 线 电 频 率 特 性 ， 在 10 米 内 净 数 据 速 率 从721Kbps 变 成 2.1Mbps。2005 年 4 月 ， 蓝 牙 技 术 联 盟 （ BluetoothSIG） 将 v1.2 和 v2.0EDR（ 更 高 数 据 传 输 速 率 ）提 供 给 中 国 信 息 产 业 部 邮 电 工 业 标 准 化 所 /通 信标准化推进中心，以支持中国蓝牙技术标准的开发。2006 年 3 月 宣 布 新 一 代 蓝 牙 标 准 将 基 于 WiMedia 的 超 宽 带
26、（ UWB）平台，目的是结合两种技术的优势。2007 年 CSR 宣 布 推 出 第 六 代 BlueCore 蓝 牙 芯 片 。BlueCore6 可 提供行业内领先的无线电性能和低功耗，并完全支持最新版蓝牙技术规范 。BlueCore6 包 含 了 CSR 公 司 的 AuriStrea 技 术 ，该 技 术 是 蓝 牙 处 理语 音 传 输 方 式 的 一 个 巨 大 突 破 ； AuriStream 技 术 可 提 供 更 高 的 语 音 质量 ，与 标 准 的 蓝 牙 语 音 传 输 方 式 相 比 ，BlueCore6-ROM 功 耗 降 低 了 40%作为一种近距离的无线通信技术
27、，蓝牙技术并不是唯一的。但是与其它相应的无线通信比较起来，蓝牙技术的优势就在于它全球统一的、开放的技术标准，技术先进与成本低廉的折衷统一，以及世界蓝牙 组 织 SIG 知 识 产 权 共 享 的 巨 大 诱 惑 力 。 目 前 无 线 局 域 网 的 技 术 主 要有 IEEE802.11 、 HomeRF （ 家 庭 射 频 ） 及 蓝 牙 ， 它 们 都 可 以 工 作 在2.4GHz 频 段 上 。IEEE802.11 是 以 支 持 在 大 工 作 区 内 实 现 无 线 漫 游 为 目 的 开 发 的 。它 支 持 10 个 到 100 个 接 入 点 ，最 主 要 的 应 用 是
28、实 现 高 质 量 的 数 据 网 络 ，例 如 文 件 或 Internet 共 享 。 由 于 IEEE802.11 提 供 很 好 的 可 靠 性 ， 高 速数 据 传 输 ，所 以 它 的 成 本 比 其 它 技 术 高 。另 外 ，直 序 扩 频 技 术（ DSSS）也 影 响 了 在 高 密 度 区 域 内 的 服 务 质 量 。IEEE 802.11 对 语 音 支 持 十 分 有限 ，尽 管 它 可 以 支 持 数 字 的 VoIP，但 目 前 质 量 很 差 ，因 此 对 那 些 只 想要单一无线网络来满足他们所有网络需求的用户来说协议规范的目的就 是 取 代 现 有 的 各
29、 种 电 子 设 备 （ 如 PC、 打 印 机 、 传 真 机 、 移 动 电 话4和 个 人 数 字 助 理 PDA 等 ） 上 的 有 线 接 口 。 在 技 术 上 ， 蓝 牙 采 用 跳 频扩 频 （ FHSS） 和 时 分 多 址 （ TDMA） 等 先 进 技 术 。 同 HomeRF 相 比 ，蓝牙的跳频速度更快，具有很强的抗干扰性。另外，蓝牙的功耗小、成 本 低 、体 积 小 ，可 用 于 多 种 设 备 和 多 种 场 合 。表 1-1 为 IEEE802.11b、HomeRF 和 蓝 牙 的 特 性 比 较 。表 1-1 IEEE802.11b、 HomeRF 和 蓝 牙
30、 的 特 性 比 较Tab1-1 The characteristic compared with IEEE802.11b、 HomeRF and Bluetooth类别传输速率使用频带跳频次数是否支持语音通信传输距离发射功率链接设备数支持企业主要用途IEEE802.11b11Mbit/s2.4G50 次/s支持很弱25100m100mW10100 个100 家企业无线局域网特性HomeRF12 Mbit/s2.4G50 次/s支持语音较高质量10100m100mW127 个100 家家庭无线局域网蓝牙1 Mbit/s2.4G1600 次/s支持语音较高质量10100m1mW8 个2000 家
31、个人区域网通过 3 种技术特性比较，在家庭网络中采用蓝牙技术无疑是最合适的，主要原因包含以下几点：a. 蓝 牙 适 用 于 短 距 离（ 约 10m）范 围 内 替 代 电 缆 ，如 果 增 大 发 射功 率 ，其 传 输 距 离 可 达 100m，而 家 庭 中 各 个 家 电 的 间 隔 一 般 不 会 超 过此距离。b. 蓝 牙 的 传 输 速 率 为 1Mbps，虽 然 不 高 ，但 是 对 于 家 庭 网 络 中 各种信息家电间的控制和状态信息的传输完全可以满足。c. 对 于 其 它 无 线 组 网 技 术 而 言 ，蓝 牙 的 抗 干 扰 能 力 更 强 ，快 速 跳频使系统更加稳
32、定，前向纠错能力可以限制噪声的影响，这样家庭中的各种蓝牙家电可以互不干扰地正常工作。d. 蓝 牙 具 有 连 接 的 普 遍 性 、标 准 的 开 放 性 以 及 很 强 的 扩 展 性 ，可以满足家庭网络中更多的需要。e. 蓝 牙 芯 片 的 成 本 相 对 较 低 ，而 且 还 有 进 一 步 下 降 的 趋 势 ，因 而可以大大降低信息家电的成本。f. 中 国 无 线 电 管 理 委 员 会 已 对 蓝 牙 技 术 开 放 了 相 应 的 频 段 ，为 大5面积推广应用提供了条件。总 的 来 说 ， IEEE802.11 比 较 适 合 于 办 公 室 中 的 企 业 无 线 网 络 ，
33、HomeRF 可 应 用 于 家 庭 中 移 动 数 据 和 语 音 与 主 机 之 间 的 通 信 ， 而 蓝 牙技术则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合。目前这些技术还处于并存状态，但是有可能引起干扰问题。从长远看，随着产品与市场的不断发展，他们将走向融合，而其中最有竞争力的还是蓝牙技术。1.3 家 庭 网 络 发 展 现 状随着信息社会的发展，网络和信息家电已越来越多地出现在人们的生活之中，其最终目标都是给人类提供一个舒适、便捷、高效、安全的生活环境。如何建立一个高效率、低成本的家庭网络系统已成为当今世界的一个热点问题。家 庭 网 络（ Home Network）是 指 将 个
34、人 电 脑 、家 用 电 器 、三 表（ 水表 、电 度 表 、煤 气 表 ）、照 明 和 安 全 报 警 系 统 与 计 算 机 广 域 网 相 连 接 的一种崭新技术。家庭网络包含高速设备和低速设备两大类，前者通过计 算 机 互 连 接 入 因 特 网 ， 并 将 多 台 PC 机 与 外 设 连 接 以 进 行 通 信 和 娱乐活动，后者用于控制灯、家用电器、室内温度等。近年来，国际上许多大公司提出了相应的解决方案，各国也正努力研制适合于本国国情的智能家庭网络系统。国际上对智能家庭网络的 研 究 起 源 于 20 世 纪 70 年 代 ，主 要 集 中 在 发 达 国 家 ，如 美 国
35、、日 本 、德 国 、英 国 和 法 国 等 。其 中 比 较 重 要 的 有 下 述 几 个 系 统 ：美 国 的 X10、CEBus（ Consumer Electronic Bus）和 Lon Works、日 本 的 HBS（ HomeBus System）、欧 洲 的 EIB（ European Installation Bus）和 EHS（ EuropeanHome System）。国内对智能家庭网络的研究还刚刚起步，目前主要集中在一些分散的智能家庭控制子系统的研究，如三表（电表、水表和天然气表）抄送子系统、门禁子系统、可视对讲子系统、医疗求助子系统等。主要 有 三 大 队 伍 ：一
36、 是 传 统 的 家 电 厂 商 ，例 如 海 尔 、科 龙 等 ；二 是 IT 厂6商，如联想、清华同方等；三是专业的智能家居厂商，如深圳交大科技 楼 宇 住 宅 网 络 智 能 控 制 数 据 终 端 、 引 进 新 加 坡 技 术 的 Treasure way宝路家庭智能化系统。国内这些队伍为了加速产品开发，一般与国外的厂商或科研机构合作，采用国外的构架及芯片，国内的科研队伍在应用层进行开发，做出一些个性化产品，如海尔与爱立信合作开发蓝牙 网 络 家 电 、北 京 凯 思 软 件 集 团 采 用 摩 托 罗 拉 公 司 的 PowerPC 微 处 理器等等。在国外基于家庭网络系统提出了信
37、息家电平台的相关方案，主要有 三 个 ： 21a. HAVI（ Home Audio/Video Interoperability） 体 系 。 它 是 关 于 家庭 网 络 中 音 频 / 视 频 电 子 产 品 的 互 联 和 控 制 方 面 的 标 准 。 它 建 立 在IEEE-1394 的 底 层 协 议 基 础 上 ， 主 要 实 现 HAVI 设 备 之 间 的 数 字 音 频 /视频内容的传送以及对该内容的操作，如播放、录像、回放等。典型的 AV 内 容 有 由 信 息 家 电 平 台 接 受 的 数 字 电 视 和 由 数 字 录 像 机 、 CD 等所 产 生 的 内 容
38、。 互 操 作 性 是 HAVI 标 准 的 主 要 特 点 ， 一 个 HAVI 设 备上 的 应 用 软 件 可 以 探 测 并 直 接 使 用 联 入 HAVI 网 络 上 其 他 设 备 所 提 供的功能。b. Jini 技 术 。 它 是 Sun 公 司 提 出 的 基 于 Java 的 一 项 技 术 。 它 可 以使各种设备方便地连到网络上。即：任何计算设施不需预先配置和安装便可在任何时间地点加入网络，并能和网络中已有的各种软硬件一起 协 调 工 作 完 成 分 布 式 计 算 。 Jini 体 系 结 构 的 目 的 是 将 成 组 的 设 备 和软件构件联合成一个单一、动态的
39、分布式系统。联合后的联邦系统向用户提供如下能力：简单的网络访问、网络的易于管理、在保持单机或工作站的灵活性、统一响应和控制的情况下，支持由邦联系统提供的共享能力。c. OSGI（ Open Service Gateway Initiative） 开 放 服 务 网 关 。 是 由Ericsson 、ABB、Alcatel、Cisco、IBM、Nortel、Siemens、HP、Oracle、Philips、 Sun、 Motorola、 Lucent 等 电 信 、计 算 机 、电 器 巨 人 发 起 建 立的 一 个 工 作 组 和 开 放 式 的 论 坛 。 其 主 要 的 功 能 是 为
40、 连 接 Internet 上 的7商 业 服 务 和 下 一 代 智 能 电 器 定 义 一 个 开 放 的 标 准 。 因 此 OSGI 将 成 为智 能 信 息 家 电 平 台 服 务 标 准 。 OSGI 规 范 将 为 Internet 服 务 提 供 商（ ISP）、 网 络 控 制 员 、 设 备 制 造 商 提 供 通 过 运 行 在 家 中 或 远 程 地 点 的网 关 服 务 器 传 递 各 种 电 子 商 务 服 务 的 公 共 平 台 。OSGI 在 2000 年 刚 刚发 布 了 它 的 服 务 网 关 规 范 1.0。 家 庭 网 络 连 接 着 各 种 数 字 设
41、 备 ,而 且 存在 无 线 网 和 有 线 网 同 时 驳 接 的 情 况 ，仅 靠 网 络 协 议 不 能 达 成 互 连 互 通 。为 此 微 软 公 司 提 出 中 间 件 UPAP（ Universal Plug and Play）， 它 能 与 以家 电 行 业 为 首 推 出 的 HAVI（ Home Audio/ Video Interoperability）标 准互 通 。 UPAP 网 不 需 要 设 备 驱 动 程 序 ，只 用 一 般 的 协 议 代 替 。 UPAP 网与介质无关，其设备可以在任何开放的系统上、用任何编程语言编写的程序所驱动。1.4 论 文 章 节 安
42、 排第一章是绪论，介绍了课题研究背景，蓝牙和家庭网络的发展现状。第二章介绍了蓝牙技术规范的体系结构。对蓝牙核心协议、蓝牙剖面和蓝牙连接过程做了分析，提出蓝牙技术在该方案中的可行性。接 着 对 嵌 入 式 操 作 系 统 Clinux 的 特 性 做 了 简 要 概 述 并 对 其 移 植 到 目标平台步骤做了详细介绍。第三章对家庭网络总体组网提出方案。第四章是本文的核心部分，介绍了基于蓝牙技术的家庭网关的研制及控制方法。第五章是本文的结论和未来工作的展望。82 蓝 牙 核 心 协 议 及 操 作 系 统 Clinux2.1 蓝 牙 技 术 概 述蓝牙技术是一种无线数据与语音通信开放性全球规范，
43、它以低成本、短距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别 的 短 程 无 线 连 接 。 其 实 质 内 容 是 建 立 通 用 的 无 线 电 空 中 接 口 （ radioair interface）及 其 控 制 软 件 的 公 开 标 准 ，使 通 信 和 计 算 机 进 一 步 结 合 ，使不同厂家生产的便携式在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具有相互操作的性能。蓝 牙 工 作 在 全 球 通 用 的 2.4GHz ISM 频 段 。 ISM 频 带 是 对 所 有 无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无
44、绳电话、汽车房开门器、微波炉等等，都可能是干扰源。为了保证在噪声的无线环境中安全可靠地工作，蓝牙 特 别 设 计 了 “ 快 速 确 认 ” 和 “ 跳 频 ” 方 案 以 确 保 链 路 稳 定 。 “ 跳 频 ”技 术 是 把 频 带 分 成 若 干 个 跳 频 信 道 （ Hop Channel）， 在 一 次 连 接 中 ，无 线 电 收 发 器 按 一 定 的 码 序 列 不 断 地 从 一 个 信 道 “ 跳 ”到 另 一 个 信 道 ，只有收发双方按这个规律进行通信，而其它的干扰不可能按同样的规律 进 行 干 扰 。跳 频 的 瞬 间 带 宽 是 很 窄 的 ，但 通 过 跳 频
45、 扩 展 频 谱（ FHSS：Frequency Hopping Spread Spectrum）技 术 使 这 个 窄 频 带 成 百 倍 地 扩 展成宽频带，使干扰的可能影响变得很小。与其它工作在相同频段的系统 相 比 ，蓝 牙 跳 频 更 快 ，数 据 包 更 短 ，从 而 使 蓝 牙 比 其 它 系 统 更 稳 定 。蓝 牙 技 术 传 送 的 三 种 功 率 类 型 为 ：100mW，2.5mW 和 1mW。100mW的 辐 射 距 离 是 100m， 2.5 mW 的 是 10 m， 1 mW 的 是 10cm。这 些 范 围都 是 变 化 的 ， 并 且 很 难 计 算 。 材
46、料 、 墙 和 来 自 其 它 2.4GHz 源 的 干 扰都 可 能 改 变 所 达 的 范 围 。 DSP 和 蓝 牙 技 术 的 开 发 商 Digianswer（ Motorola 的 一 个 部 门 ）已 证 明 ， 2.5mW 的 PC 卡 在 一 个 完 全 没 有 阻挡 的 环 境 中 可 达 100m。在 理 想 条 件 下 蓝 牙 技 术 流 量 的 额 定 值 为 1Mb/s。 然 而 由 于 错 误 校正 和 其 它 的 环 境 因 素 ，真 正 的 流 量 大 约 为 700 到 800kb/s。一 些 其 它 的9因 素 也 能 够 影 响 蓝 牙 的 速 度 ，
47、如 一 个 IEEE802.11b 的 WAN 就 可 能 降低蓝牙技术的性能。蓝 牙 程 序 一 般 写 在 一 个 9mm 9mm 的 微 芯 片 中 ，通 过 它 可 以 使 在半 径 10m 范 围 内 的 信 息 设 备 （ 个 人 电 脑 、 手 机 电 话 、 PDA、 打 印 机 及传真机等）以无线方式进行通信和信息交换。蓝牙最突出的特点是简单易用。蓝 牙 技 术 采 用 FM 调 制 方 式 ， 能 抑 制 干 扰 和 防 止 衰 落 ， 降 低 设 备的 复 杂 性 。 它 以 时 分 双 工 方 式 （ TDD） 进 行 全 双 工 通 信 ， 其 基 带 协 议是电路交
48、换和分组交换的组合。支持一个异步数据信道，或三个并发的同步语音信道，还可用一个信道同时传送异步数据和同步语音。采用 前 向 纠 错（ FEC）编 码 技 术 ，包 括 1/3FEC，2/3FEC 和 自 动 重 发 请 求（ ARQ）， 目 的 是 减 少 重 发 次 数 ， 减 少 远 距 离 传 输 时 的 随 机 噪 声 影 响 。不 过 由 于 增 加 了 冗 余 项 ，造 成 了 不 必 要 的 开 销 ，使 数 据 的 吞 吐 量 减 少 。2.2 蓝 牙 协 议 （ Protocol）整个蓝牙协议体系结构可分为底层硬件模块、中间协议层和高端应 用 层 三 大 部 分 1 9 ，
49、如 图 2-1 所 示 。蓝 牙 射 频 、基 带 层（ BB）和 链 路 管 理 层（ LMP）构 成 蓝 牙 的 底 层模 块 ， 它 们 对 应 用 而 言 十 分 透 明 。 蓝 牙 射 频 通 过 2.4GHz 无 需 授 权 的ISM 频 段 的 微 波 ， 实 现 数 据 位 流 的 过 滤 和 传 输 ， 它 主 要 定 义 了 蓝 牙 收发 器 在 此 频 带 正 常 工 作 所 满 足 的 要 求 ； BB 层 负 责 跳 频 和 蓝 牙 数 据 及 信息 帧 的 传 输 ； LMP 层 负 责 连 接 的 建 立 和 拆 除 以 及 链 路 的 安 全 和 控 制 。它们为上层软件模块提供不同的访问入口，但是两个模块接口之间的消 息 和 数 据 传 递 必 须 通 过 蓝 牙 主 机 控 制 器 接 口 （ HCI） 的 解 释 才 能 进行。10无线应用协议 （ WAP）无线应用环境 （ WAE）高端传输控制协议（ TCP）用户数据报协议（ DDP）应用层软件实虚拟名片虚拟日历（内容格式 ）对象交换协议（ OBEX）因特网协议（ IP）点对点协议（ PPP）音频 /电话命令（ A/T命令）现串口仿真协议（ RXCOMM）二进制电话控制协议（ TCS-BIN）服务发现协议（ SDP）中间协
