基于BlueZ协议栈的嵌入式系统无线通信实现

　　1、引言

　　随着科学技术发展和社会进步，嵌入式系统越来越多的应用到我们的实际生活中，极大的改变着我们的生活。开发低成本、高性能、高可靠性的嵌入式产品正在成为研究的热点。尤其是随着信息化网络化的发展，越来越需要与外部世界进行信息交换，当前主流的数据交换方式都是有线的，但有线通信存在着诸多不足，而无线通信以其无法比拟的灵活性，可移动性和极强的可扩容性正得到越来越广泛的应用。蓝牙技术作为全球统一的无线通信标准，其目的在于建立通用的低功耗、低成本无线电空中接口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设备在没有电线或电缆互相连接的情况下，能在近距离范围内具有互用、互操作的性能。而蓝牙技术在多种智能设备无线互连，多媒体终端通信和家庭网络等方面的应用也越来越广泛，本文在对蓝牙的官方协议栈 BlueZ进行深入研究的基础上，在实验开发平台上实现了协议栈的移植和文件的传输功能。

　　2、BlueZ 的体系结构

　　BlueZ由主机控制接口（Host Control Interface，HCI）、Bluetooth协议核心、逻辑链路控制和适配协议（Logical Link Control and Adaptation Protocol,L2CAP）、SCO音频层、其它 Bluetooth服务、用户空间后台进程以及配置工具组成。它的完整结构如图 1所示(其中除应用程序和硬件外为 BlueZ提供的部分)。

　　3、BlueZ协议的移植 [2]

　　本文涉及到的硬件平台是三星公司的S3C2410a 开发板，软件平台是内核版本为 2.4.20的Linux操作系统, 为实现蓝牙协议栈BlueZ的移植, 可进行以下步骤进行移植：

　　(1) 生成交叉编译器，创建交叉编译环境

　　(2) 编译、配置实验开发平台上的 Linux内核

　　(3) 安装 BlueZ 软件包

　　(4) 编译实验开发平台上的Linux内核

　　(5) 向s3c2410a实验平台移植 通过上述步骤完成了蓝牙协议栈 BlueZ的移植后，一个嵌入式蓝牙应用开发平台就搭建好了，下面利用该平台提供的蓝牙函数库，来进行文件传输功能的开发。

　　4、文件传输功能的实现

　　如上步骤成功移植蓝牙协议栈BlueZ后，一个完整的嵌入式蓝牙应用开发平台就已经搭建好了，本文将利用BlueZ提供的API函数在RFCOMM层上实现蓝牙文件传输的功能，所采用的协议路径为：射频(RF)—基带与链路控制(BB&LC)—主机控制接口(HCI)—逻辑链路与适配协议(L2CAP)—串口仿真(RFCOMM)—对象交换协议(OBEX)。它的实现分为客户端程序和服务器端程序，流程图如图2所示。

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　　2反映了通过蓝牙实现文件从客户端传输一个文件到服务器的过程，其中用到的协议栈中的API函数以及针对蓝牙通信的设置如下 : (1)int socket(int domain, int type,int protocol) 通过这个函数建立一个套接字，其中参数 domain说明网络程序所用的通讯协议族，本实验中我们用的是蓝牙官方协议栈BlueZ，所以我们的 domain取值AF_BLUETOOTH，type

　　我们采用可靠的面向连接的 SOCK_STREAM，protocol我们采用的代表串口仿真的 BTPROTO_RFCOMM。

　　(2) int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen)

　　这个函数是服务器端的函数，实现的是绑定端口功能。在我们的实验中，参数 my_addr代表的我们用的是一个结构体，表示本地地址信息，它的 rc_family我们取为 AF_BLUETOOTH，它的rc_bdaddr我们取可以和任意主机通信的 INADDR_ANY。

　　(3) int listen(int sockfd,int backlog)

　　这个函数是服务器端的函数，实现*端口功能，它和我们普通Linux下的使用方法完全一样。

　　(4) int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)

　　这个函数是服务器端的函数，完成接受客户端的链接请求，并建立与客户端的链接的功能。

　　(5) int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen)

　　这个函数是客户端的函数，完成向服务器端申请建立链接，与上面的绑定端口类似，参数my_addr代表的我们用的是一个结构体，表示要申请链接的服务器地址信息，它的 rc_family我们取为AF_BLUETOOTH，它的rc_bdaddr我们取可以和任意主机通信的 INADDR_ANY。

　　(6) ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t nbytes) ssize_t read(int fd,void *buf,size_t nbyte)

　　这两个函数完成文件读写的功能，也完成服务器端和客户端通信功能。在完成服务器端与客户端通信功能时，把前面建立的通道看成是文件描述符，只要往文件描述符里面读写信息就可以了，与向文件读写过程一样。

　　以上是实现中用到的协议栈 BlueZ的主要库函数，它的客户端核心代码如下：

　　if((from_fd=open(argv[2],O_RDONLY))==-1)

　　while(bytes_read=read(from_fd,buffer,BUFFER_SIZE))

　　{  /* 一个致命的错误发生了 */  if((bytes_read==-1)&&(errno!=EINTR)) break;   else if(bytes_read>0) { ptr=buffer;

　　status=write(s,ptr,strlen(ptr));    memset(buffer,0,BUFFER_SIZE); }

　　}

　　它的服务器端核心代码如下： /*创建目标文件 */  memset(buf,0,BUFFER_SIZE); while(1) { bytes_read = read(client,buf,sizeof(buf));

　　if(bytes_read>0)

　　{  ptr=buf; while(bytes_write=write(to_fd,ptr,bytes_read))  { /*一个致命错误发生了 */

　　if((bytes_write==-1)&&(errno!=EINTR))break;/* 写完了所有读的字节 */    else if(bytes_write==bytes_read) break; /*只写了一部分 ,继续写 */     else if(bytes_write>0) { ptr+=bytes_write;

　　bytes_read-=bytes_write;

　　} }   /*写的时候发生的致命错误 */ if(bytes_write==-1)break; /*这里读完后必须把 buffer清空*/    memset(buf,0,sizeof(buf));

　　} else{  exit(1);  }

　　}

　　5、结束语

　　在目前，对于蓝牙协议栈的移植已经有非常深入的研究，但对基于蓝牙协议栈 BlueZ的源代码级的研究还不多。本文在 ARM9+Linux环境下构建了的蓝牙工作环境， 通过官方的蓝牙协议栈 BlueZ提供的库函数编程实现了蓝牙的文件传输功能。利用嵌入式系统和无线传输实现文件传输,符合数字化、网络化的发展趋势。本文作者创新点 :在源代码级别上借助蓝牙协议栈 BlueZ实现了文件的传输功能。

参考文献:

[1]. S3C2410a datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/S3C2410a_565.html.