低功耗藍(lán)牙技術(shù)是一種新型的短距離無線通信技術(shù),具有低功耗、低成本、抗干擾、連接靈活等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于安保系統(tǒng)、穿戴式裝置、智能家居等領(lǐng)域。低功耗藍(lán)牙4.2版本改善了隱私權(quán)限保護(hù),提升了數(shù)據(jù)傳輸速率,并引入了支持互聯(lián)網(wǎng)連接的配置文件,是萬物互聯(lián)的最佳解決方案。目前,市面上存在許多低功耗藍(lán)牙4.2協(xié)議棧產(chǎn)品,但大都存在以下三個(gè)方面的問題:第一,這些協(xié)議棧的源碼并不對(duì)用戶開放,而只是提供了軟件庫,不利于修改和擴(kuò)展;第二,它們同時(shí)實(shí)現(xiàn)了經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙的功能,代碼量大,不適合小型嵌入式產(chǎn)品;第三,大部分協(xié)議棧產(chǎn)品過于重視功能的完整性和多樣性,而沒有考慮協(xié)議棧代碼帶來的額外開銷。因此,開發(fā)出具有較小代碼量、較低代碼開銷的開源協(xié)議棧,對(duì)低功耗藍(lán)牙4.2技術(shù)的應(yīng)用有著重要的意義。本論文基于低功耗藍(lán)牙4.2協(xié)議核心標(biāo)準(zhǔn),對(duì)協(xié)議棧應(yīng)用層部分,包括通用屬性規(guī)范(Generic Attribute Profile,GATT)和通用訪問規(guī)范(Generic Access Profile,GAP),進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,通過分析應(yīng)用層在協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用之間的矛盾,得出了GATT層和GAP層代碼開銷的主要來源,包括數(shù)據(jù)相關(guān)開銷,如層間數(shù)據(jù)拷貝開銷、內(nèi)存管理開銷、函數(shù)調(diào)用開銷等,和非數(shù)據(jù)相關(guān)開銷。為了優(yōu)化應(yīng)用層數(shù)據(jù)拷貝開銷和內(nèi)存管理開銷,設(shè)計(jì)了報(bào)文頭部預(yù)留分配策略;為了減少GATT層與ATT層、GAP層與HCI層之間小而重復(fù)的函數(shù)調(diào)用開銷,提出了基于中介者模式的層間交互策略;為了優(yōu)化應(yīng)用層非數(shù)據(jù)相關(guān)開銷,設(shè)計(jì)了注冊(cè)回調(diào)函數(shù)機(jī)制,選取了在事件中判斷狀態(tài)的方式進(jìn)行GATT有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)。本論文以STM32F103RBT6為主控單元、CC2564為控制器,搭建硬件平臺(tái),對(duì)所開發(fā)的低功耗藍(lán)牙4.2協(xié)議棧應(yīng)用層部分進(jìn)行了功能測(cè)試和代碼量測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:本論文在實(shí)現(xiàn)低功耗藍(lán)牙4.2協(xié)議棧GATT層和GAP層全部功能的同時(shí),與開源協(xié)議棧BTStack相比,應(yīng)用層輸出文件大小降低了23.3%,可執(zhí)行文件大小降低了12.4%,對(duì)代碼開銷進(jìn)行優(yōu)化的效果比較明顯。本論文的研究成果對(duì)低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)的開發(fā)和使用都具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN925
【部分圖文】：

圖 5.1 CC2564 最小系統(tǒng)原理圖CC2564 只是一款藍(lán)牙控制器，需要與微控制單元(Microcontroller Unit, MCU)結(jié)合使用。這種解決方案屬于雙芯片解決方案，即控制器部分放在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)，主機(jī)和應(yīng)用程序部分放在另一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)。采用 CC2564 結(jié)合 MCU 構(gòu)成的雙芯片解決方案可以為無線音頻、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)頂盒、可穿戴設(shè)備、傳感器集線器和網(wǎng)關(guān)、家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域提供較高的性能。(2) STM32F103RBT6 介紹STM32F103 系列是 ST 公司旗下的一款常用的增強(qiáng)型微控制器，它采用了 32 位的 ARM Cortex-M3 內(nèi)核，最高工作頻率可達(dá) 72MHz。ARM Cortex-M3 是一款基于 ARMv7-M 體系結(jié)構(gòu)的處理器內(nèi)核，具有低功耗、低成本、低中斷延遲等特點(diǎn)[38]。STM32F103RBT6 作為 STM32F103 系列微控制器之一，具有以下特點(diǎn)[39]：1) 具有較高的執(zhí)行速度和較高的數(shù)據(jù)吞吐率。這是因?yàn)槠洳捎昧斯鸺軜?gòu)，指令總線和數(shù)據(jù)總線分開，使得取址操作和數(shù)據(jù)訪問操作可以同時(shí)進(jìn)行。2) 內(nèi)部集成乘法器，大大提高了運(yùn)算效率。

第五章 BLE 4.2 協(xié)議棧應(yīng)用層測(cè)試與分析可見，STM32F103RBT6 具有豐富的片上資源，能夠?yàn)楸菊撐拈_發(fā)的協(xié)議棧提供足夠03RBT6 的最小系統(tǒng)原理圖如圖 5.2 所示。

Host_RTSHCI_RTS圖 5.3 四線 UART 接口圖，STM32F103RBT6 作為主機(jī)(Host)，運(yùn)行協(xié)議棧代碼；CC256功能。此雙芯片解決方案對(duì)應(yīng)的實(shí)物如圖 5.4 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號(hào)：2834040