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基于HID协议的串口蓝牙键盘鼠标设计


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基于HID协议的串口蓝牙键盘鼠标设计
下载到的资料,资源共享嘛。呵呵。
本论文首先分析和研究了蓝牙核心协议,然后重点分析了基于蓝牙HID高端应用
模式的实现,用软件实现了基于HID协议的HCI、逻辑链路控制适配协议和服务发现协
议。然后在HID应用规范的基础上给出了以串口方式实现键盘和鼠标数据采集的硬件和
软件设计,整个系统设计结合蓝牙开发工具BBDK,给出了基于HID规范实现键盘鼠
标的完整设计过程。

论文题目:基于 HID 协议的串口蓝牙键盘鼠标设计
专 业:控制理论与控制工程
硕 士 生:魏 刚 (签名)
指导教师:马宪民 (签名)
摘 要
随着通信、网络、计算机技术的发展给传统控制技术的发展带来了新的契机。蓝牙
技术是一种用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间的一种低成本、高效率的无线通
信连接技术,在实际应用中取代了烦琐的电缆连接。本课题以英国 Cambridge
SiliconRadio 公司生的 BlueCore
TM
02 蓝牙芯片作为研究对象,以蓝牙 1.2 协议栈为设计
指导,给出了基于蓝牙 HID 协议栈的串口键盘鼠标取数据采集实现方案。
蓝牙规范是由蓝牙 SIG 开发的免费开放的蓝牙技术标准,包括核心规范(Core
Specification)和应用规范(Profile)两个部分。核心规范定义了各层协议各自的工作方式,
而应用规范是为了实现一个特定的应用模型而采取的特定协议层间的运行机制。整个蓝
牙协议体系可分为底层硬件模块、中间协议层和高端应用层三部分。链路管理层、基带
层和射频层属于蓝牙硬件模块。逻辑链路控制和适配协议、服务发现协议、串口仿真协
议属于中间协议层,一般用软件实现。高端应用层是对用于各种应用模型的 Profile。
本论文首先分析和研究了蓝牙核心协议,然后重点分析了基于蓝牙 HID 高端应用
模式的实现,用软件实现了基于 HID 协议的 HCI、逻辑链路控制适配协议和服务发现协
议。然后在 HID 应用规范的基础上给出了以串口方式实现键盘和鼠标数据采集的硬件和
软件设计,整个系统设计结合蓝牙开发工具 BBDK,给出了基于 HID 规范实现键盘鼠
标的完整设计过程。
在扫描码采集端以微处理器方式做为蓝牙主机实现 HID 高层应用规范,蓝牙主机内
用 C 语言实现基于 HID 协议 HCI、L2CAP、SDP;在 PC 机端用 PC 机做为蓝牙主机,
在 VC++6.0 环境下用 C++的类封装方式实现上述协议。
关 键 字:蓝牙主机;主机控制器;HID
研究类型:应用研究

Subject : The Design of Bluetooth Keyboard and Mouse based on HID
profile
Specialty: Control Theory & Control Engineering
Name : Wei Gang (Signature)
Instructor : Ma Xianmin (Signature)
ABSTRACT
With the development of communication, network and computer technology, it takes a
new challenge for traditional automation engineer. Bluetooth is a technology on wireless
transmission between fixed and digital equipment, which replaces the complicated cable
connection by a low cost and high-dependability way. This thesis using the Bluetooth single
chip BlueCore
TM
02 which apply by Cambridge Silicon Radio company, it designs a scheme to
achieving Bluetooth keyboard and mouse based on HID profile.
The Bluetooth protocol is a free open criterion which is developed by the Bluetooth
Special Interest Group(SIG), which include the core specification and the profile. The core
specification defines how to work in different layers. The profile applies a specially
designated working layer in order to achieve a peculiar application. The whole Bluetooth
protocol is composed of hardware module, protocol layer and application layer. The Link
Manager, Baseband Controller and radio unit belong to the hardware module. The Logical
Link Control and Adaptation Protocol, Service Discovery Protocol and RFCOMM belong to
the middle protocol layer.
Firstly, this thesis analyzes the core specification and achieves HCI, L2CAP and SDP
specification by using software based on HID. Then, it puts emphasis on the realization of
application module. Secondly, this thesis designs the Bluetooth keyboard and mouse system
which include software and hardware which is based on HID profile on serial port. Also the
designing combines with the Bluetooth Development Kits .
In the process of the software designing, It realize HCI, L2CAP and SDP specification
by C language that the Bluetooth Host is microprocessor in scan code position. In contrast to
it, the program is also developed with Visual C++ 6.0 of Microsoft Visual Studio in PC.
Key words : Bluetooth Host Bluetooth Host Controller HID
Thesis : Application Research

目 录
目 录
1 绪 论....................................................................................................................................... 1
1.1 蓝牙技术背景............................................................................................................... 1
1.2 蓝牙技术的前景.......................................................................................................... 1
1.3 课题背景及研究意义................................................................................................... 2
1.4 本课题研究内容.......................................................................................................... 3
2 蓝牙 HID 底层协议分析........................................................................................................ 4
2.1 蓝牙协议和 HID 规范............................................................................................... 4
2.1.1 蓝牙协议............................................................................................................ 4
2.1.2 蓝牙 HID 规范.......................................................................................................... 5
2.2 蓝牙底层协议分析.................................................................................................... 7
2.2.1 射频协议............................................................................................................. 7
2.2.2 蓝牙基带与链路控制协议................................................................................. 8
2.2.3 蓝牙链路管理器协议(LMP)规范.................................................................... 13
3 基于 HID 的核心协议层分析.............................................................................................. 15
3.1 蓝牙主机控制器接口(HCI) ....................................................................................... 15
3.1.1 分组类型........................................................................................................... 15
3.1.2 HCI 流量控制................................................................................................... 17
3.1.3 HCI 通信流程的剖析....................................................................................... 19
3.2 HID_L2CAP 概述....................................................................................................... 24
3.3 HID_SDP 概述 ........................................................................................................... 25
4 基于 HID 的串口键盘鼠标硬件系统设计.......................................................................... 27
4.1 系统设计方案............................................................................................................. 27
4.2 蓝牙键盘和鼠标原理................................................................................................. 27
4.2.1 蓝牙键盘原理.................................................................................................. 27
4.2.2 蓝牙鼠标原理.................................................................................................. 30
4.3 硬件电路设计............................................................................................................ 31
4.3.1 键盘鼠标数据采集端电路原理....................................................................... 31
4.3.2 PC 机接收端电路原理..................................................................................... 33
4.4 选用器件介绍............................................................................................................ 34
4.4.1 BlueCore
TM
219519 芯片的特性.............................................................................. 34
4.4.2 微处理器的选择.............................................................................................. 36
4.4.3 MAX3232E ....................................................................................................... 37
I

目 录
4.4.4 XC6201T302..................................................................................................... 37
4.5 蓝牙硬件的测试........................................................................................................ 38
4.5.1 BBDK 介绍....................................................................................................... 38
4.5.2 BBDK 测试硬件过程....................................................................................... 39
5 系统软件设计....................................................................................................................... 40
5.1 P87C58X2BN 软件设计............................................................................................. 40
5.1.1 程序流程.......................................................................................................... 40
5.1.2 鼠标、定时器、串口的初始化...................................................................... 41
5.1.3 蓝牙芯片芯片初始化设置.............................................................................. 41
5.1.4 键盘扫描码处理过程....................................................................................... 43
5.1.5 鼠标扫描码和左右按键处理流程................................................................... 46
5.1.6 协议指示器的软件设计.................................................................................. 47
5.1.7 L2CAP 协议层数据封装(程序 L2cap.c) ...................................................... 48
5.1.8 服务发现协议的实现(程序 sdp.c).................................................................. 49
5.2 PC 机软件设计........................................................................................................... 50
5.2.1 程序流程.......................................................................................................... 50
5.2.2 CTrayIcon 类的设计......................................................................................... 51
5.2.3 串口驱动类 CserialPort 实现.......................................................................... 52
5.2.4 键盘和鼠标数据主要处理过程....................................................................... 53
5.2.5 SDP 的实现....................................................................................................... 54
6 结论....................................................................................................................................... 55
致 谢........................................................................................................................................ 56
参考文献.................................................................................................................................. 57
附 录........................................................................................................................................ 59
II

1 绪 论
1 绪 论
1.1 蓝牙技术背景
蓝牙(Bluetooth)技术是近几年发展起来的短距离无线通信技术,是一种低成本、短
距离的无线连接技术规范。1998 年 5 月由爱立信、IBM、英特尔、诺基亚、东芝等 5 家
世界级公司发起的蓝牙特别兴趣小组(SIG)制定的一种全球无线技术标准。蓝牙特殊兴趣
集团采取了无偿向全世界的产业界转让该项专利技术的策略,以实现在全球统一的通信
标准。它属于小范围的无线多媒体通信标准,将各种数字信息的外部设备用无线方式连
接起来,形成一种属于个人领域的网络,使得在其周围的蓝牙设备都能够被发现和共享。
它使用跳频(FH)和时分复用(TDD)等技术,来建立各种通信设备间的信息共享。从蓝牙
特殊兴趣集团成立后,加盟的公司超过 2000 个,其中包括 AMD、康柏、戴尔、惠普、
德州仪器、高通、卡西欧、菲利浦、三星、LG、精工、夏普等许多世界著名的计算机、
通信以及消费电子领域的企业,还包括一些汽车和照相机的制造商和生产厂家。1997
年 7 月蓝牙 SIG 公布了蓝牙标准 1.0 版,这是一个可做为蓝牙设备制造依据的标准,1999
年发布了 1.0B 版,2003 年 4 月发布了蓝牙标准 1.2 版,这是目前最新的版本
[1]
。
蓝牙技术作为一种无线数据与语音的开放性标准,目标是以无线接口取代现有的
PC、打印机、传真机等设备上的连接电缆,构成固定和移动设备环境中的区域通信网络,
使近距离的各种信息设备能够实现无缝资源共享。蓝牙技术采用全球通用的 2.4GHz
ISM(工业、科学和医疗)频段作为其工作频段,能提供高达 721kb/s 的有效数据传输速率,
采用跳频技术来减少干扰。该技术支持电路交换和分组交换,定义了两种类型的链路,
即面向连接的同步链路(SCO)和面向无连接的异步链路(ACL)。SCO 可用于传送语音和
数据,ACL 用于传送数据。蓝牙技术可以将多达 256 个蓝牙设备组成微微网,一个微微
网中最多可有 8 个设备处于工作状态,其它设备处于空闲状态,当微微网建立后其中一
个设备为主设备,其它为从设备。微微网之间可以重叠交叉,从设备可以共享。蓝牙技
术采用前向纠错编码(FEC)技术以及自动请求重发(ARQ)技术来抑制信道噪声干扰,保证
通信质量,同时它提供例如认证、加密、密匙管理等链路层的安全管理机制以及应用层
的安全管理机制保证通信的安全性。
1.2 蓝牙技术的前景
蓝牙技术具有明显的技术优点:采用全球通用的 2.4GHz ISM 频段,无需申请频率
许可证;设备功率低,电磁辐射对人体影响小;支持点到多点通信,具有自动查询设备
及服务类型的功能;充分支持现有的高层协议,具有多种工作模式,应用范围广;芯片
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