蓝牙与UART：互补配合，相辅相成

作者：飞利浦半导体数据通信产品部　Sylvie Kadivar Dong Nguyen 　

蓝牙是一种流行的无线通信标准。因其便捷、易用、并具有可满足当今快速扩展的移动与个人通信应用需求的带宽，该技术的集成在业内迅速扩展。根据 2004年4月In-Stat/MDR 发布的报告，未来支持蓝牙的应用将包括蜂窝电话、无绳电话、接入点、台式电脑、笔记本电脑、内存卡、打印机、数码摄像机和数码相机、广泛的消费类设备（包 括游戏、音箱、机顶盒与MP3播放机等）,以及汽车与工业应用等。

蓝牙支持无线点对点连接和LAN、移动电话网络、以太网及家庭网络设备等的无线接入。蓝牙可通过这些设备进行无线发射和接收。它通过一个主机系统和一个主机控制器接口(HCI)发送和接收发射的数据。

目前，最流行的HCI是通用异步接收器与发射器(UART)和通信串行总线(USB)连接的，如图1所示。UART通常更受青睐，因其性能和数据吞吐率水平与USB接口相当，且传输协议较为简单，减少了软件开销，是一种更为经济高效的全硬件解决方案。

预计很大比例的针对通信应用而开发的蓝牙芯片将在主控制器中包含UART。本文将考察UART作为一个界于主机与蓝牙芯片组/模块之间的桥接设备具有的优点。

图1：蓝牙模块与主机系统的连接框图 UART概述 UART通常用于与串行输入和串行输出设备之间的通信。这种传输类型通过牺牲速度降低了连接的成本和复杂性。对许多应用而言，这种折中是理想的。 UART的发射器和接收器均提供了串行异步接收数据同步和数据并转串/串转并功能。这些功能是将串行数据流转换为数字系统所要求的并行数据所必需 的。串行数据流的同步是通过在发送数据中增加起始位和停止位以形成一个数据字符而实现的，并通过给数据字符附加一个奇偶校验位来保证数据完整性。接收器将 通过该奇偶校验位来检测传输错误。 对主机系统来说，UART就像一个8位的输入和输出端口，主机可以对其进行读写操作。当主机有数据要发送时，它只需将数据按字节格式（8位宽）发送 到UART即可。当UART接收到来自另一个串行设备的数据时，会把数据缓存在其FIFO中（同样是8位宽），然后通过一个内部寄存器位或硬件中断信号向 主机指示该数据已可以使用。 除发射器和接收器外，有些UART还整合了如下功能，从而极大地减少了软件开销，提高了系统效率。 ● 硬件与软件自动流量控制：自动防止出现FIFO溢出的状况。如果没有自动流量控制，主机软件必须在接收FIFO快被填满时立即将其读取至空。 ● 较大的FIFO：减少主机处理器花在UART上的时间。这将使处理器有更多的时间完成其他任务。 ● 更快的波特率和更快的总线访问：提高总体系统性能。系统可在更少的时间内发送/接收更多数据。 图2：F2M01与串行端口连接器的接口 UART应用于现成的蓝牙模块 采用UART接口可带来的一个好处是可与现成的蓝牙模块一起工作。为了说明这一硬件接口，我们将考察一个关于Free2Move蓝牙串行模块(F2M01)的实例。目前市场上有许多与Free2Move插头类似的其他产品，如果它们内嵌了UART，结果是一样的。 F2M01在非常小的封装中集成了蓝牙模块，可替换大多数常用的串行端口电缆。使用一类蓝牙，可提供约100m范围的连接。使用该插头不需要任何外 部驱动器。附带一个界面友好的Windows应用程序，用于对通信模式和波特率进行编程。该Windows应用程序还可通过RTS/CTS信号支持硬件流 量控制。图2显示了F2M01与一个现有串行端口9引脚连接器之间的接口。 图3：Blueberry DATA接口 F2M01需要通过DC连接器或9引脚RS-232 DSUB连接器供以4～5V直流电。模块可连接到任何RS-232串行端口接口，如PC串行端口或任何RS-232 9引脚DSUB连接器。模块最高速率可达 115.2kb/s。 UART应用于蓝牙芯片组 采用UART作为主机与使用蓝牙芯片组的设备之间的桥接电路是另一种UART具备优势的应用。我们通过一个飞利浦PCF87752的实例来展示该接口，其他生产厂家的UART蓝牙应用解决方案与此相似。 图4：UART与主机控制器的接口 PCF87752是集成度最高的蓝牙应用单芯片基带解决方案。这一被称为"蓝莓数据"(Blueberry DATA)的解决方案包含了实现蓝牙无线技术完整基带功能性应用所需的全部要素，是移动电话与计算设备等宿主和嵌入式应用中蓝牙集成的理想解决方案。 Blueberry DATA的中央处理器是一个嵌入式32位ARM7DMI RISC微控制器，每MHz功耗很低。除了UART外，该芯片还集成了多种工业标准I/O接口，包括USB、I2C和PCM/IOM。由于配备了多种 I/O接口，Blueberry DATA可与广泛的设备进行通信。UART的简单传输协议可减少软件开销，使之成为一种更为经济高效的硬件解决方案。图3展示了一个此类接口，图4则详细 描述了UART与主机控制器之间的接口。 很显然，因其性能、便捷和易于部署等优点，蓝牙未来将成为一种流行的技术，为大量应用所采用。通过与UART相结合，优势通常会进一步扩大。通过 UART的无缝连接将蓝牙模块集成到主机系统，可为设计人员满足不断增长的更快数据速率需求与适应现在及未来通信应用的灵活性提供一种最佳的解决方案。