紅外通訊協(xié)議在嵌入式系統(tǒng)中的實現(xiàn)

1、紅外通訊協(xié)議在嵌入式系統(tǒng)中的實現(xiàn)摘要：從紅外通訊協(xié)議的特點、基本原理對紅外無線通信技術(shù)進行了分析，結(jié)合實際例程探討了紅外數(shù)據(jù)通信在嵌入式系統(tǒng)中的基本設(shè)計要點。s0100關(guān)鍵詞：紅外通訊協(xié)議嵌入式系統(tǒng)異步通信收發(fā)器狀態(tài)機紅外和藍牙協(xié)議是兩種較流行的短距離無線通信協(xié)議。但目前藍牙協(xié)議各大廠商尚未有一個統(tǒng)一的標準規(guī)范，加之硬件價格較為昂貴的缺點，因此市場上紅外通信在手機、筆記本電腦等小型移動設(shè)備中仍然應(yīng)用廣泛，在嵌入式系統(tǒng)中的實際應(yīng)用有著較高

2、實際意義。1紅外協(xié)議背景紅外線是波長在750nm至1mm之間的電磁波，其頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼眼看不到的光線。目前無線電波和微波已被廣泛應(yīng)用在長距離的無線通信中，但由于紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以更適合應(yīng)用在需要短距離無線通信場合點對點的直接線數(shù)據(jù)傳輸。為了使各種設(shè)備能夠通過一個紅外接口進行通信，紅外數(shù)據(jù)協(xié)議（InfraredDataAssociation，簡稱IRDA）發(fā)布了一個關(guān)于紅外的統(tǒng)一的軟硬件規(guī)

3、范，也就是紅外數(shù)據(jù)通訊標準。2紅外協(xié)議基本結(jié)構(gòu)紅外數(shù)據(jù)通訊標準包括基本協(xié)議和特定應(yīng)用領(lǐng)域的協(xié)議兩類。類似于TCPIP協(xié)議，它是一個層式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形成一個棧，如圖1所示。其中基本的協(xié)議有三個：①物理層協(xié)議（IrPHY），制定了紅外通信硬件設(shè)計上的目標和要求，包括紅外的光特性、數(shù)據(jù)編碼、各種波特率下幀的包括格式等。為達到兼容，硬件平臺以及硬件接口設(shè)計必須符合紅外協(xié)議制定的規(guī)范。②連接建立協(xié)議（IrLAP）層制定了底層連接建立的過程規(guī)范，描

4、述了建立一個基本可靠連接的過程和要求。③連接管理協(xié)議（IrLMP）層制定了在單位個IrLAP連接的基礎(chǔ)上復用多個服務(wù)和應(yīng)用的規(guī)范。在IrLMP協(xié)議上層的協(xié)議都屬于特定應(yīng)用領(lǐng)域的規(guī)范和協(xié)議。④流傳輸協(xié)議（TingTP）在傳輸數(shù)據(jù)時進行流控制。制定把數(shù)據(jù)進行拆分、重組、重傳等的機制。⑤對象交換協(xié)議（IrOBEX）制定了文件和其他數(shù)據(jù)對象傳輸時的數(shù)據(jù)格式。⑥模擬串口層協(xié)議（IrCOMM）允許已存在的使用串口通信的應(yīng)用象使用串口那樣使用紅外進行

5、通信。⑦局域網(wǎng)訪問協(xié)議（IrLAN）允許通過紅外局域網(wǎng)絡(luò)喚醒筆記本電腦等移動設(shè)備，實際遠程搖控等功能。整個紅外協(xié)議棧比較龐大復雜，在嵌入式系統(tǒng)中，由于微處理器速度和存儲器容量等限制，不可能也沒必要實現(xiàn)整個的紅外協(xié)議棧。一個典型的例子就是TinyTP協(xié)議中數(shù)據(jù)的拆分和重組。它采用了信用片（creditcard）機制，這極大地增加了代碼設(shè)計的復雜性，而實際在紅外通信中一般不會有太大數(shù)據(jù)量的傳輸，尤其在嵌入式系統(tǒng)中完全可以考慮將數(shù)據(jù)放入單個數(shù)

6、據(jù)包進行傳輸，用超時和重發(fā)機制保證傳輸?shù)目煽啃?。因此可以將協(xié)議棧簡化，根據(jù)實際需求，有選擇地實現(xiàn)自己需要的協(xié)議和功能即可。3紅外協(xié)議數(shù)據(jù)基本傳輸原理要流程實現(xiàn)等。在硬件設(shè)計方面根據(jù)對設(shè)備的需求和硬件板芯片性能，可以設(shè)計出相應(yīng)的電路在仿真板上進行實驗。固件程序和編寫可采用分塊的方法，例如初始化（Initilize）模塊、中斷處理（Interrupt）模塊、時鐘（Timer）事件處理模塊等。初始化模塊可根據(jù)硬件板的指南說明（Specific

7、ation）提供的各個寄存器值設(shè)備初始化參數(shù)；中斷處理模塊可按照中斷向量表提供的入口地址編寫，其基本要求短小精悍，運行的時鐘周期與微處理器頻率和設(shè)備需求的波特率緊密相關(guān)。時鐘事情處理可根據(jù)硬件板提供的基本時鐘設(shè)備不同的時鐘精度，以滿足不同的需求。在紅外傳輸實際設(shè)計中定時器主要用于三個方向：第一是sniff探查過程中主站發(fā)廣播幀后輔站超時未響應(yīng)的處理；第二是超時重發(fā)控制；最后一個是數(shù)據(jù)傳輸過程中輪轉(zhuǎn)時間片的控制。其中第三個方面要求的精度比

8、較高，紅外協(xié)議制定的標準是在25ms～85ms之間。因此有必要把超時處理放在中斷處理。在程序編寫時使用信號量和程序計數(shù)器進行時間控制。其基本思路得設(shè)備一個程序計數(shù)器進行累加計時，當各自事情時間到達時分別設(shè)置三個信號量來標志事件處理，當事件處理完畢后重置各自信號量，轉(zhuǎn)入重新計時。在軟件設(shè)計方面，要對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行幀包裝（FrameWrapper），添加CRC16校驗，用匯編實現(xiàn)CRC算法比C稍微復雜些。一個主要的技巧是將要進行校驗的數(shù)據(jù)地

9、址和CRC數(shù)據(jù)表的索引地址置入一個零頁的內(nèi)存地址中，采用通用寄存器對其進行間接尋址。這樣就實現(xiàn)了C語言中的指針效果，可以比較方便地查詢CRC表。在數(shù)據(jù)收發(fā)應(yīng)用中，分為主站（Primarystation）和輔站（slavestation）兩種角度。主站角度負責發(fā)起，建立連接，進行時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等。輔站主要負責應(yīng)答，響應(yīng)命令。在一定條件下主站輔站角度可以互換，主輔站均可收發(fā)數(shù)據(jù)。收發(fā)數(shù)據(jù)的中斷函數(shù)最重要也是底層的核心所在。在接收方首先公進行

10、硬件初始化，設(shè)置UART接收初始化狀態(tài)并進行中斷允許標志設(shè)置（具體設(shè)置可以參考所選擇的電路板說明）等。當紅外數(shù)據(jù)到達后即會觸發(fā)一個UART中斷，系統(tǒng)處理完當前事件后便會根據(jù)中斷向量表提供的入口地址調(diào)用接收中斷處理接收數(shù)據(jù)。在接收過程中，UART會搜索匹配開始位和結(jié)束標志。接收完畢后，返回系統(tǒng)調(diào)用程序。在實際應(yīng)用中，當接收完數(shù)據(jù)后，即可按裝收幀控制域判斷幀類型，并結(jié)合接收站所處的相應(yīng)狀態(tài)機進行流程處理。下面是紅外接收數(shù)據(jù)的中斷程序源碼：U