基于藍牙技術(shù)的無線顯示屏系統(tǒng)設(shè)計

引言

藍牙技術(shù)是一種用于替代有線電纜的短距離無線通信技術(shù)。它是由多家公司發(fā)起的SIG組織制定的無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目的是取代現(xiàn)有的PC、打印機、傳真機、移動電話和家庭網(wǎng)關(guān)等設(shè)備上的有線接口，為個人提供語音數(shù)據(jù)和普通數(shù)據(jù)的無線傳輸。藍牙設(shè)備的工作頻段選在全世界范圍內(nèi)都可以自由使用的2.4 GHz的ISM頻段；成本低，功耗低，體積小，通信距離短，安全性高，能夠同時傳送普通數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)，可以組成微微網(wǎng)和散射網(wǎng)等。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用在移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦等眾多設(shè)備上。ISM頻段是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻段，因此使用其中的某個頻段都會遇到不可預(yù)測的干擾源。例如某些家電、無繩電話、汽車房開門器、微波爐等，都可能是干擾。為此，藍牙技術(shù)還特別設(shè)計了快速確認(rèn)和跳頻方案，以確保鏈路穩(wěn)定。

本文介紹一種藍牙無線顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計方案。使用藍牙技術(shù)可以短距離無線控制顯示終端，實現(xiàn)圖像和字符數(shù)據(jù)的無線傳輸和顯示，免去了有線連接所帶來的缺陷，可以應(yīng)用在多種領(lǐng)域。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

該無線圖形顯示屏系統(tǒng)主要由兩部分組成：主機部分和顯示終端部分。主機負(fù)責(zé)控制命令以及需要顯示數(shù)據(jù)的發(fā)送，顯示終端部分負(fù)責(zé)接收和顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。



主機部分由裝有Linux操作系統(tǒng)的PC機和BlueCore4藍牙模塊通過USB接口連接組成。

顯示終端由以ARM9微控制器S3C2440A為核心的嵌入式Linux平臺加上BlueCore4藍牙模塊以及LCD液晶顯示屏組成。Linux操作系統(tǒng)安裝在NAND Flash中，并連接了64 MB的外擴RAM。由于S3C2440A接口比較豐富，所以系統(tǒng)硬件具有較好的擴展性能。

系統(tǒng)通過藍牙協(xié)議棧的RFCOMM協(xié)議層進行通信。RFCOMM協(xié)議提供串行數(shù)據(jù)傳輸，并能在2臺藍牙設(shè)備之間同時維持多達60個連接，可以同時支持遺留串行端口應(yīng)用程序以及其他應(yīng)用程序中的OBEX協(xié)議。藍牙協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。



系統(tǒng)的工作過程為：系統(tǒng)初始化以后，主機和顯示終端建立藍牙連接。連接成功以后，主機應(yīng)用程序通過藍牙模塊向顯示終端發(fā)送顯示的命令，顯示終端根據(jù)對應(yīng)命令進行接收圖像數(shù)據(jù)或者字符數(shù)據(jù)等操作，然后通過LCD控制器將數(shù)據(jù)發(fā)送到LCD液晶顯示屏。系統(tǒng)連接成功以后，顯示終端可以根據(jù)收到的數(shù)據(jù)實時地顯示不同的圖像和字符數(shù)據(jù)，直到主機發(fā)出退出命令系統(tǒng)后結(jié)束通信。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

主機端和顯示終端都使用了CSR公司BlueCore4-ROM芯片組成的藍牙無線收發(fā)模塊。BlueCore4系列符合2.0版藍牙標(biāo)準(zhǔn)，并與現(xiàn)有1.1版和1.2版藍牙設(shè)備完全兼容。這里采用的BlueCore4-ROM芯片具有很高的集成度，需要很少的外圍露件。它提供了UART、USB2.0等主機接口，并且提供了PCM音頻接口以及SPI接口。具有支持微微網(wǎng)和散射網(wǎng)，低功耗，和手機良好兼容，可以和802.11協(xié)議共存等優(yōu)點。BlueCore4藍牙模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。



PC主機使用USB接口和BlueCore4藍牙模塊連接，對應(yīng)的藍牙模塊同樣通過USB接口和S3C2440A的USB-HOST接口進行連接。USB接口具有即插即用的優(yōu)點。通過Linux操作系統(tǒng)的支持，該模塊還可以使用通用的USB藍牙適配器替代。BlueCore4藍牙模塊部分參考電路原理如圖4所示。



LCD液晶屏和S3C2440A微控制器之間通過S3C2440A內(nèi)建的LCD控制器接口進行連接。LCD液晶屏這里采用了3.5 in的L35T32，該液晶屏顯示像素為240×320，可顯示16位色彩，并可以方便地擴展為更大尺寸的液晶屏。S3C2440A的USB-HOST接口和LCD控制器接口部分參考電路原理如圖5所示。LCD控制器接口連線主要包括：VD0到VD23(R、G、B三色分色信息)，VCLK(數(shù)據(jù)傳輸時鐘)，HSYNC(行同步信號)，VSYNC(場同步信號)，VDEN(數(shù)據(jù)使能)，LCD_PWREN(顯示使能)。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件同樣分為主機部分和顯示終端部分。這里主要分析顯示終端部分軟件的設(shè)計，主機部分與其類似。顯示終端部分程序包括：LCD液晶屏初始化，藍牙設(shè)備的初始化，藍牙連接的建立和圖像字符數(shù)據(jù)的傳輸顯示等幾個部分。程序流程如圖6所示。



用戶程序以Linux操作系統(tǒng)上的Bluez藍牙協(xié)議棧為平臺進行開發(fā)。主機應(yīng)用程序采用GCC編譯器進行編譯，顯示終端應(yīng)用程序采用arm-linux-gcc編譯器進行交叉編譯。

3.1藍牙部分程序設(shè)計

該部分采用了藍牙socket編程。通過建立藍牙RFCOMM協(xié)議層的socket進行連接。連接建立成功之后可以調(diào)用函數(shù)recv或者read讀取主機發(fā)來的數(shù)據(jù)，主機端則對應(yīng)地采用函數(shù)send或者write發(fā)送數(shù)據(jù)。通信結(jié)束之后可以調(diào)用函數(shù)close結(jié)束連接。

主機和顯示終端藍牙模塊都有固定的藍牙地址，主機端直接和固定藍牙地址的顯示終端設(shè)備進行連接。一臺主機可以和多個顯示終端進行通信，在不同的顯示終端上顯示圖像和字符。

藍牙初始化部分參考程序如下：


3.2 LCD液晶屏部分程序設(shè)計

LCD液晶屏部分程序采用了Linux內(nèi)核驅(qū)動程序的framebuffer編程接口。framebuffer為圖像硬件設(shè)備提供了一種抽象化處理，允許應(yīng)用程序通過定義明確的界面來訪問圖像硬件設(shè)備。軟件無須了解任何涉及硬件底層驅(qū)動的東西。通過framebuffer，應(yīng)用程序可以用mmap函數(shù)把顯存映射到應(yīng)用程序虛擬地址空間，將要顯示的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存空間就可以在屏幕上顯示出來。LCD顯示屏初始化和清屏部分參考程序如下：



LCD液晶屏初始化和藍牙socket初始化連接完成以后，便可以通過藍牙發(fā)送圖像和字符數(shù)據(jù)。藍牙接收顯示圖像和字符兩個部分的程序類似，都是通過調(diào)用函數(shù)recv或者read讀取主機發(fā)來的命令，經(jīng)過程序判斷然后以相同的方式接收數(shù)據(jù)。字符部分?jǐn)?shù)據(jù)接收和顯示參考程序如下：


該段程序利用接收到的字符數(shù)據(jù)得到對應(yīng)的顯示字庫數(shù)據(jù)，然后通過frambuffer顯示接口顯示到LCD液晶屏上面。源程序帶有顯示字庫文件，該文件通過編譯并嵌入可執(zhí)行代碼，然后下載到顯示終端文件系統(tǒng)。系統(tǒng)這里只添加了英文字庫和對應(yīng)的顯示代碼，可以正常顯示英文字符。如果需要，通過添加中文字庫和少量顯示代碼就可以很方便地實現(xiàn)中文字符的顯示。圖像部分程序則是將接收到的位圖數(shù)據(jù)通過frambuffer顯示接口直接顯示到LCD液晶屏上面。

為了在顯示終端的Linux操作系統(tǒng)上使用藍牙協(xié)議棧，需要在交叉編譯嵌入式Linux內(nèi)核時將所需的藍牙支持選項選上，并將所需的Bluez藍牙庫編譯安裝到終端文件系統(tǒng)中。用戶應(yīng)用程序同樣通過交叉編譯得到可執(zhí)行代碼，然后下載到終端文件系統(tǒng)運行。

該系統(tǒng)可以應(yīng)用在公共信息顯示屏，如大廳廣告信息屏、建筑物提示標(biāo)志等地方，可以避免有線連接的缺陷。系統(tǒng)通過擴展后還可以同移動電話、PDA、無線耳機、無線揚聲器交換數(shù)據(jù)。

4結(jié)論

在嵌入式Linux操作系統(tǒng)上通過已有的藍牙協(xié)議棧進行藍牙開發(fā)，通過藍牙協(xié)議層無線收發(fā)數(shù)據(jù)，可以不用關(guān)心藍牙底層驅(qū)動的實現(xiàn)。用戶可以通過各種上層協(xié)議進行更復(fù)雜的通信，通過藍牙SCO協(xié)議層還可以發(fā)送音頻數(shù)據(jù)。因此嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺上進行藍牙無線顯示屏系統(tǒng)的開發(fā)較為方便，并且具有擴展性能好的優(yōu)點。