智能传感器的蓝牙协议栈与SoC结构设计

us)及蓝牙测试模块组成。其中蓝牙基带控制器是蓝牙硬件模块的关键模块。其主要功能是在微处理器控制下，实现蓝牙基带部分的所有实时处理功能，包括负责对接收的bit流进行符号定时提取和恢复；分组头及净荷的循环冗余度校验(CRC)，分组头及净荷的前向纠错码FEC处理，加密和解密处理等，且能提供从基带控制器到其它芯片的接口等。CPU一般采用RISC结构的嵌入式微处理器，如ARM7TDMI微处理器，才能满足对蓝牙核心协议的高速处理和大量数据bit流的处理。Flash存储器用于存放基带和链路管理层中的所有协议软件。SRAM作为CPU 的运行空间，在工作时把Flash中的软件调入SRAM中处理。射频收发器负责接收或发送高频的通信信号。UART和USB接口提供到HCI的主机控制器接口传输层的物理连接，是上层协议与蓝牙硬件模块进行通信的通道。蓝牙测试模块主要提供无线层和基带层的认证和一致性规范，同时还管理产品的生产和售后的测试，为可选模块。

3 嵌入蓝牙协议栈的SoC结构设计

　　根据上述蓝牙协议栈硬件结构可以看出，如果使用SoC 结构设计蓝牙协议栈，则可以实现嵌入蓝牙通信模块，同时向用户开放内部CPU的目的。

　　在设计嵌入蓝牙协议的SoC 结构时，需要考虑如下问题。

① 数据处理能力与速度。数据处理能力主要体现在两个方面：一个是数据缓冲存储器的规模，另一个是对数据处理算法支持的程度。数据处理速度是一个重要的问题。数据处理速度不仅与系统时钟频率有关，还与CPU 和内部总线的结构直接相关。

② 通信操作与系统运行的关系。在嵌入了蓝牙通信栈的SoC 中，通信是系统的一个功能，SoC 还需要实现系统的其它功能。由于CPU 串行结构的特点，当系统需要同时启用通信功能和其它重要功能时(例如实施系统的数据采集操作等)，就需要使用适当的方法进行协调。实际上这也就是嵌入式蓝牙SoC 器件的系统实时性问题。

③ 器件的功率损耗。功率损耗是SoC 设计中的一个重要问题。除了采用相应的技术实现最低功率损耗问题外，还必须通过系统结构设计降低系统的功率损耗。对于对功率损耗有特殊要求的系统，低功耗设计更是必不可少的内容。

　　由上述三个要求可知，在嵌入式蓝牙SoC中，如果数据处理量比较大，则需要考虑数据处理的速度问题。用户系统CPU属于串行工作方式，因此，在大数据量的通信过程中，如何完成系统的其它功能，是SoC结构设计的一个重要方面。例如，使用蓝牙技术传输图像时，其中的通信系统必须保持连续工作状态，同时，还需要SoC中设计大量的Flash存储器。由于传输图像必须进行压缩和解压缩，所以，在保持通信连续和图像的压缩/解压缩这两种不同的操作中，就必须进行充分协调，采用硬件并行处理的技术。这种情况下，CPU就仅仅是一个操作控制器件，用来启动或终止某个操作。由此可知，应当针对不同类型的应用场合设计相应的SoC 结构。

　　对于智能传感器，其基本功能如下。

① 信号转换。这一部分电路的作用是把相应的物理量转换为电压信号，然后对其进行放大和滤波处理。处理的结果作为数据采集电路的输入信号。

② 数据采集。数据采集电路的功能是把信号转换电路输出的模拟信号转换为数字信号(数据序列)，然后把数字信号输出给CPU，以便进行相应的处理。

③ 数据处理。智能传感器中的数据处理功能一般并不统一。一般情况下，需要数字滤波即可。有些智能传感器还需要对信号进行其它处理，例如信号幅度的判别、信号特征的提取、显示处理等。总之，根据不同的应用领域，数据处理的要求不尽相同。

④ 数据传输。在控制系统中，智能传感器采集并整理好的数据，需要传输给系统的核心控制器或其它控制单元。由于控制系统的特点，数据传输一般需要经过一段空间距离，因此，需要使用专门的电路和方式实现数据传输。例如，对数据进行编码处理后，利用电流环或RS232 等方式传输。在现有控制系统中，绝大多数情况下都采用有线传输方式实现传感器与控制系统的连接。

　　对于智能传感器来说，传输数据量一般并不是很大(例如压力、温度等传感器)，因此，满足智能传感器需要的嵌入式蓝牙SoC 器件中，并不需要很大的存储容量；但必须考虑蓝牙协议实现所必需的程序存储空间。从图1 可以看出，蓝牙协议栈的处理软件会占用比较大的存储器，因此，必须对其进行简化。同时，为了保证控制系统安全可靠，还需要考虑使用用户协议替代蓝牙技术所定义的处理协议。

　　由以上分析可以得出结论：

① 智能传感器的数

《智能传感器的蓝牙协议栈与SoC结构设计(第3页)》