近距离无线通信的嵌入式数据记录设备设计

写CF卡一个扇区的流程如图3所示。每次向CF卡存储数据时，应该先获取上次存储到的扇区的LBA地址，从而获得此次存储的起始扇区地址。为了记录每次存储到的扇区的地址，将LBA地址为0的扇区保留，专用于记录扇区地址。在开始一次写操作之前，应该先读取LBA地址为0的扇区，获得上次存储的LBA地址；然后加1获得此次写操作的LBA地址，并向指定的扇区写数据。

利用QuartuslI作为FPGA开发平台，使用VHDL硬件描述语言实现了FPGA与DSP的接口、异步FIFO的存储以及CF卡的读写逻辑。在QuartuslI自带仿真工具下得到的写CF卡时序仿真结果如图4所示。

3.2  无线通信模块设计

3.2.1   蓝牙模块设计

蓝牙模块采用BTM0*C2P。它内嵌蓝牙芯片BlueCore4-Ext，兼容蓝牙2.0+EDR规范，最高支持3 Mbps的数据速率，外置天线，有效距离为10 m，具有标准的UART接口。

DSP与蓝牙模块之间通过HCI协议层建立连接。HCI(Host Controller Interface，主机控制器接口)协议，为DSP提供了一个访问蓝牙模块内部基带控制器和链路管理器的命令接口，可以获取蓝牙芯片的配置参数。

本设计中，DSP和蓝牙模块之间采用UART方式进行通信。DSP使用的控制信号除了异步串行通信收发信号SCIRXD和SCITXD外，还有4个控制信号，分别与蓝牙模块的LNK、CLR、RTS和CTS引脚相连。其中，LNK脚用于指示蓝牙主机和从机连接是否建立，地面设备PC机为蓝牙主机，DSP作为蓝牙从机；CLR脚用于切换蓝牙模块的工作模式，包括参数设置模式和数据传输模式；RTS和CTS脚为"请求发送"和"清除发送"引脚，用于实现DSP和蓝牙模块之间的对话，使数据正常传输。

蓝牙模块的SLEEP引脚，既可以使蓝牙模块在休眠和唤醒状态间切换，也可以用于清除蓝牙模块内嵌芯片记忆的配对主机地址。这些功能的实现由按键控制，通过区别按键的时长加以区分所需实现的功能。蓝牙模块的复位信号RESET输入低电平脉冲时有效，而且要求脉冲宽度大于5 mS。

3.2.2  红外模块设计

红外模块采用HP公司的红外收发器芯片HSDL_1001和红外编解码器芯片HSDL_7001，二者均遵循IrDA 1.0协议。红外信号的收发使用PWM方案，采用RZI编码调制解调，调制脉冲宽度为3／16位，调制频率为38 kHz。由于硬件接口的限制，嵌入式系统中红外通信的速率为9 600～115 200 bps。红外数据的传输以帧为基本单位，传输过程中采用16位的CRC码进行数据校验。

系统采用Maxim公司的芯片MAX3110作为DSP的SPI接口和HSDL_7001的UART接口之间的转换芯片。MAX3110和HSDL_7001均使用外部无缘晶体振荡电路供电，所用的晶振大小分别为1.8432 MHz和3.68* MHz。需要下载的数据，首先经过红外编解码器编码，再通过红外收发器上集成的发光二极管以红外光信号的形式向PC机发送。

4  系统软件设计

系统的功能时序流程如图5所示。DSP部分程序用C语言编写，结合硬件电路对数据采集、数据传输进行处理和控制。主要的中断应用有ARINC429信号采集中断和红外通信请求中断。系统的工作流程以时序控制流程为主线。系统初始化之后，进行任务选择与执行。若特定的I／O口置1，则进入数据存储程序，采集数据并存至CF卡；若I／O口置0，则进入数据下载程序，等待主设备的连接请求，鉴权并建立相应的连接，读取CF卡数据，并通过无线通信模块向主设备发送。

结  语

本文根据某工业现场电子设备的特殊应用需求，提出了一种基于无线通信技术的数据记录系统。该系统利用DSP与FPGA协同控制方式实现数据的采集和存储，利用红外和蓝牙模块实现数据的无线下载；用红外和蓝牙代替有线线缆和插拔存储卡等传统数据下载方式，操作方便，避免了传统方式可能造成的机械故障。此记录系统满足了该工业现场电子设备的数据记录需求，能够实时记录设备的电气信号和控制时序，采样速率大于1 kHz，并且能够连续记录约1 GB的数据。本设计是将无线通信技术应用于该工业现场电子设备中的一次尝试，相关抗干扰和安全性等问题有待于更深入的研究。