原创 通信接口

并行接口：是指8位数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，容易出错。

(1)SPP 标准工作模式。SPP 数据是半双工单向传输的，传输速率仅为15Kb/s，速度较<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

   慢，但几乎可以支持所有的外设，一般设为默认的工作模式。

(2) EPP 增强型工作模式。EPP 采用双向半双工数据传输，其传输速度比SPP 高，可

   达2MB/s。EPP 可细分为EPP1.7 和EPP1.9 两种模式，目前较多外设使用此工作模

   式。

(3) ECP 扩充型工作模式。ECP 采用双向全双工数据传输，传输速率比EPP 要高。

串口：25 针串行口还具有20mA 电流环接口功能，用9、11、18、25 针来实现。RS-232-C 标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200 波特。，RC<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />232C的最高传输速率为20 kb/s, 最大传输线长为30 米。

USB：USB全称Universal Serial Bus（通用串行总线）。在USB 的网络协议中，每个USB 的系统有且只有一个host， 它负责管理整个USB系统，包括USB Device 的连接与删除、Host 与USB Device 的通信、总路线的控制等等。USB 最大的好处在于能支持多达127 个外设，而USB 接口可以从主机上获得500mA 的电流，并且支持热拔插，高速外设的传输速率为12Mbps，而低速外设的传输速率先1.5Mbps。USB2.0 标准的最高传输速率可达480Mbps，是USB1.1 标准的40 倍。

PCMCIA 标准

PCMCIA 全名为Personal Computer Memory Card International Association，中文意思是

“国际个人电脑存储卡协，简称为PC 卡。PCMCIA 卡共分成四种规格，分别是TYPEⅠ、TYPEⅡ、TYPEⅢ及CardBus。。TYPEⅠ的规格：面积为8.56×5.4cm，厚度则为0.33cm；适用于一般存储器扩充卡。TYPEⅡ的规格：面积为8.56×5.4cm，厚度则为0.5cm； 应用范围包括Modem 卡、Network 卡、视频会议卡等。TYPEⅢ的规格：面积为8.56×5.4cm，厚度为1.05cm；应用范围为硬盘。从外观上看，这三种PCMCIA 卡的尺寸都是8.56cm×5.4cm，其实，它们的区别在卡的厚度。TYPEⅠ的厚度最薄，最适合用于存储器扩充卡；TYPEⅡ则常用于数据传输、网络连接等产品，所以Modem 卡和Network 卡都是TYPEⅡ规格的；TYPEⅢ方面，因为较厚，所以它适合取代机械式的储存媒体，如硬盘。具有“热插拔”(Hot Plugging)功能

CF 卡分2 种，TYPE I 为43mm ×36mm ×3.3mm（CF I），TYPE II 为43mm ×36mm ×5mm

（CF II），其厚度还不到目前的 PCMCIA TypeII 卡的一半，体积只有PCMCIA 卡的1/4，给大家的感觉就像是PCMCIA 卡的缩小版。但要注意的是CF I 的卡槽较窄不能兼容CF II 卡，而CF II 卡槽则可兼容CF I 卡。，CF 卡的连接装置与PCMCIA 卡相似，只不过CF 卡是50-pin（PCMCIA 卡68-pin）， CF 卡可以很容易的插入无源68-pin TypeII 适配卡并完全符合PCMCIA 电力和机械接口规格。

红外线接口

由于利用红外线接口进行文件传输不用连线，且速度较快，达4M/s，具有红外线通讯功能的两个系统靠近，且发送口大致在同一水平线上，注意两系统之间的距离不能相差太远，一般在一到两米，角度相差不超过30 度

总线

总线就是各种信号线的集合，是计算机各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通

路。总线的主要参数有：

?? 总线的带宽

总线的带宽指的是一定时间内总线上可传送的数据量，即我们常说的每秒钟传送多少

MB 的最大稳态数据传输率。与总线带宽密切相关的两个概念是总线的位宽和总线的工作时

钟频率。

?? 总线的位宽

总线的位宽指的是总线能同时传送的数据位数，即我们常说的32 位、64 位等总线宽度

的概念。总线的位宽越宽则总线每秒数据传输率越大，也即总线带宽越宽。

?? 总线的工作时钟频率

总线的工作时钟频率以MHz 为单位，工作频率越高则总线工作速度越快，也即总线带

宽越宽。

ISA

由Intel 公司，IEEE 和EISA 集团联合开发了与IBM/AT 原装机总线意义相近的ISA 总线，即8/16 位的“工业标准结构”(ISA-IndustryStandard Architecture)总线。ISA 总线有98 只引脚。其中62 线的一段基于8 位的PC 总线，可以独立使用，连接8位的扩展卡，而62 线与36 线相加后就扩展成标准的16 位ISA，连接16 位的扩展卡。

ISA 总线的主要性能指标如下：

（1） I/O 地址空间0100H-03FFH

（2） 24 位地址线可直接寻址的内存容量为16MB

（3） 8/16 位数据线

（4） 62+36 引脚

（5） 最大位宽16 位(bit)

（6） 最高时钟频率8MHz

（7） 最大稳态传输率16MB/s

（8） 中断功能

（9） DMA 通道功能

（10） 开放式总线结构，允许多个CPU 共享系统资源

PCI

1991 年下半年，Intel 公司首先提出了PCI 的概念，并联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC 等100 多家公司成立了PCI 集团，其英文全称为：Peripheral Component InterconnectSpecial Interest Group(外围部件互连专业组)，简称PCISIG。PCI 有32 位和64 位两种，32位PCI 有124 引脚，64 位有188 引脚，目前常用的是32 位PCI。32 位PCI 的数据传输率为133MB／s，大大高于ISA。

PCI 总线的主要性能

（1） 支持10 台外设

（2） 总线时钟频率33.3MHz/66MHz

（3） 最大数据传输速率133MB/s

（4） 时钟同步方式

（5） 与CPU 及时钟频率无关

（6） 总线宽度 32 位（5V）/64 位（3.3V）

（7） 能自动识别外设

I2C总线

为了提供硬件的效率和简化电路的设计，PHILIPS 开发了一种用于内部IC 控制的简单的双向两线串行总线I2C(inter IC 总线)，每个I2C 器件都有一个唯一的地址，而且可以是单接收的器件（例如：LCD 驱动器）或者可以接收也可以发送的器件（例如：存储器）。发送器或接收器可以在主模式或从模式下操作，这取决于芯片是否必须启动数据的传输还是仅仅被寻址。I2C 是一个多主总线，即它可以由多个连接的器件控制。早期的I2C 总线数据传输速率最高为100Kbits/s，采用7 位寻址。但是由于数据传输速率和应用功能的迅速增加，I2C 总线也增强为快速模式（400Kbits/s）和10 位寻址以满足更高速度和更大寻址空间的需求。I2C 总线始终和先进技术保持同步，但仍然保持其向下兼容性。并且最近还增加了高速模式，其速度可达3.4Mbits/s

SPI 总线

串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola 公司推出的一种同步串行接口。Motorola 公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI 硬件接口，SPI 总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与SPI 有关的软件就相当简单，使CPU 有更多的时间处理其他事务。由SPI 连成的串行总线是一种三线同步总线，总线上可以连接多个可作为主机的MCU，装有SPI 接口的输出设备，输入设备如液晶驱动、A/D 转换等外设，也可以简单连接到单个TTL 移位寄存器的芯片。总线上允许连接多个能作主机的设备，但在任一瞬间只允许有一个设备作为主机。总线的时钟线SCK 由主机控制，另外两根分别是：主机输入/从机输出线MISO 和主机输出/从机输入线MOSI。系统可以简单，也可以复杂，主要有以下几种形式：

（1） 一台主机MCU 和若干台从机MCU。

（2） 多台MCU 互相连接成一个多主机系统。

（3） 一台主机MCU 和若干台从机外围设备。

主机和哪台从机通讯通过各从机的选通线进行选择。

SPI 是全双工的，即主机在发送的同时也在接收数据，传送的速率由主机编程决定；时

钟的极性和相位也是可以选择的，具体的约定由设计人员根据总线上各设备接口的功能决

定。

PC104 总线

1992 年IEEE 开始着手为PC 和PC/AT 总线制定一个精简的IEEEP996 标准（草稿），

PC104 作为基本文件被采纳，叫做IEEE P996.1 兼容PC 嵌入式模块标准。可见，PC104

是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，PC104 有两个版本，8 位和16 位，分别与PC 和PC/AT 相对应。PC104PLUS 则与PCI总线相对应，在PC104 总线的两个版本中，8 位PC104 共有64 个总线管脚，单列双排插针和插孔，P1：64 针，P2：40 针，合计104 个总线信号，PC104 因此得名。当8 位模块和16 位模块连接时，16 位模块必须在8 位模块得下面。P2 总线连结在8-位元模块中是可选的。PC104PLUS 是专为PCI 总线设计的，可以连接高速外接设备。PC104PLUS 在硬件上通过一个3×40 即120 孔插座连接，PC104PLUS 包括了PCI 规范2.1 版要求的所有信号。为了向下兼容，PC104PLUS 保持了PC104 的所有特性。因此PC104PLUS 规范包含了两种总线标准：ISA 和PCI，可以双总线并存。

PC104PLUS 与PC104 相比有以下3 个特点：

（1） 相对PC/104 连接，增加了第三个连结接口支持PCI 总线

（2） 改变了组件高度的需求，增加模块的柔韧性

（3） 加入了控制逻辑单元，以满足高速总线的需求

CAN 总线

CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场

总线之一。。CAN 是一种多主方式的串行通讯总线，

基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当

信号传输距离达到10Km 时，CAN 仍可提供高达50Kbit/s 的数据传输速率。

CAN 的主要特性

（1） 低成本；

（2） 极高的总线利用率；

（3） 很远的数据传输距离（长达10Km）；

（4） 高速的数据传输速率（高达1Mbit/s）；

（5） 可根据报文的ID 决定接收或屏蔽该报文；

（6） 可靠的错误处理和检错机制；

（7） 发送的信息遭到破坏后，可自动重发；

（8） 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；

（9） 报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信

JTAG 是英文“Joint Test Action Group（联合测试行为组织）”的词头字母的简写，该组

织成立于1985 年，是由几家主要的电子制造商发起制订的PCB 和IC 测试标准。JTAG 建

议于1990 年被IEEE 批准为IEEE1149.1-1990 测试访问端口和边界扫描结构标准。JTAG 主要应用于：电路的边界扫描测试和可编程芯片的在系统编程。电路的边界扫描测试技术:用具有边界扫描功能的芯片构成的印刷板,可通过相应的测试设备,检测已安装在印刷板上的芯片的功能，检测印刷板连线的正确性，同时，可以方便地检测该印刷板是否具有预定的逻辑功能，进而对由这种印刷板构成的数字电气装置进行故障检测和故障定位。

蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽为1Mb/s

蓝牙规范包括核心协议（Core）与应用框架（Profiles）两个文件。协议规范部分定义了蓝牙的各层通信协议，应用框架指出了如何采用这些协议实现具体的应用产品。蓝牙协议规范遵循开放系统互连参考模型（Open System Interconnetion/Referenced Model, OSI/RM），从低到高地定义了蓝牙协议堆栈的各个层次。

　　按照蓝牙协议的逻辑功能，协议堆栈由下至上分为3个部分：传输协议、中介协议和应用协议。其功能简介如下。

3.1 传输协议

　　负责蓝牙设备间相互确认对方的位置，以及建立和管理蓝牙设备间的物理和逻辑链路。这一部分又进一步分为低层传输协议和高层传输协议。低层传输协议侧重于语音与数据无线传输的物理实现以及蓝牙设备的物理和逻辑链路。低层传输协议包括蓝牙的射频（Radio）部分、基带与链路管理协议（Baseband && Link Manager Protocol, LMP）。高层传输协议包括逻辑链路控制的物理实现以及蓝牙设备间的连接于组网。高层传输协议包括逻辑链路控制与适配协议（Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP）和主机控制器接口（Host Controller Interface, HCI）。这部分为高层应用程序屏蔽了诸如跳频序列选择等低层传输操作，并为高层应用传输提供了更加有效和更有利于实现的数据分组格式。

3.2 中介协议

　　为高层应用协议或程序在蓝牙逻辑链路上工作提供了必要的支持，为应用曾提供了各种不同的标准接口。这部分协议包括以下几部分。

　　1. 串口仿真协议（RFCOMM）

　　基于欧洲电信标准化协会（European Telecommunication Standardization Institute, ETSI）的TS07.10标准制定。该协议用于模拟串行接口环境，使得基于串口的传统应用仅作少量的修改或者不做任何修改可以直接在该层上运行。

　　2. 服务发现协议（Service Didcovery Protocol，SDP）

　　为实现蓝牙设备之间相互查询及访问对方提供的服务。

　　3. IrDA（Infrared Data Association）互操作协议

　　蓝牙规范采用了IrDA的对象交换协议（OBEX），使得传统的基于红外技术的对象（如电子名片（vCard）和电子日历（vCal）等)交换应用同样可以运行在蓝牙无线接口之上。

　　网络访问协议：该部分协议包括点对点协议（Point to Point Protocol, PPP）、网际协议（Internet Protocol, IP）、传输控制协议（Transfer Control Protocol, TCP）和用户数据报协议（User Datagram Protocol, UDP）等，用于实现蓝牙设备的拨号上网，或通过网络接入点访问Internet 和本地局域网。

　　4. 电话控制协议

　　该协议包括TCS、AT指令集和音频。电话控制协议性能（Telephone Control Protocol Specification，TCS）是基于国际电信联盟电信标准化部门（International Telecommunication Union-Telecommunication，ITU-T）的Q.931标准制定的，用于支持电话功能；蓝牙直接在基带上处理音频信号（主要指数字语音信号），采用SCO链路传输语音，可以实现头戴式耳机和无绳电话等的应用。

3.3 应用协议

　　是指那些位于蓝牙协议堆栈之上的应用软件和其中所涉及的协议，包括开发驱动各种诸如拨号上网和通信等功能的蓝牙应用程序。蓝牙规范提供了传输层及中介层定义和应用框架，在传输层及中介层之上，不同的蓝牙设备必须采用统一符合蓝牙规范的形式；而在应用层上，完全由开发人员自主实现。事实上，许多传统的应用都可以几乎不用修改就在蓝牙协议堆栈之上运行，如基于串口和OBEX协议的应用。通常蓝牙技术应用程序接口（Application Programming Interface，API）函数的开发由开发工具的设计人员来完成，这样有利于蓝牙技术与各类应用的紧密结合。

4 蓝牙应用规范

　　蓝牙规范的应用模式有很多，如（图2）中所示的四种应用模式是所有用户模式和应用的基础，也为以后可能出现的用户模式和应用提供了基础。

　　（1）通用访问应用（GAP）模式：定义了两个蓝牙单元如何互发现和建立连接，它是用来处理连接设备之间的相互发现和建立连接的。它保证两个蓝牙设备，不管是哪一家厂商的产品，都能够发现设备支持何种应用，并能够交换信息。

　　（2）服务发现应用（SDAP）模式：定义了发现注册在其他蓝牙设备中的服务的过程，并且可以获得与这些服务相关的信息。

　　（3）串口应用（SPP）模式：定义了在两个蓝牙设备间基于RFCOMM建立虚拟的串口连接的过程和要求。

　　（4）通用对象交换应用（GOEP）模式：定义了处理对象交换的协议和步骤，文件传输应用和同步应用都是基于这一应用的，笔记本电脑、PDA、移动电话是这一应用模式的典型应用。

5 蓝牙无线网络的安全问题

　　蓝牙网络与任何一种通信网络一样，会面对各种问题如：假冒、窃听、未授权访问和拒绝服务等。因此，蓝牙协议体系就需要设立安全管理机制以保证通信的可靠性。

　　蓝牙安全体系结构为蓝牙设备提出了三种安全模式：

　　安全模式1——蓝牙设备没有受到任何安全保护的模式。

　　安全模式2——服务级安全模式，它是建立在L2CAP层以上的安全保护模式。

　　安全模式3——链路级安全模式，即在LMP连接建立之前要进行鉴权或数据加密。

6 结束语

　　毫无疑问，蓝牙技术已成为近年应用最快的无线通信技术，其席卷全球之势不可阻挡，它必将在不久的将来渗透到我们生活的各个方面。