无线通信技术在可穿戴计算机中的应用研究

(1)运行在上位机上的应用程序，包括面向用户的图形用户界面、面向终端设备接口模块层的操作(主要是对终端设备的控制和通信)，以及同蓝牙模块上的HCI固件(firmware)的通信程序。这部分可用面向对象的编程语言实现，把每个终端设备节点作为一个节点类的

实例对象，应用程序通过与实例对应的句柄访问控制各个终端设备节点。

(2)嵌入到终端设备模块的MCU上的程序。针对不同的MCU用汇编或是C语言写成。主要完成原始信息的采集、处理、读取、与HCI固件的通信、利用终端设备接口模块层与上位机通信。

(3)蓝牙模块上的HCI固件固化在蓝牙基带模块的Flash存储器里。通过它实现终端设备模块、上位机中软件与蓝牙硬件的通信。

硬件部分：蓝牙模块采用爱立信公司的ROK 101007，由无线电、基带和闪存构成，内置支持HCI的固件，外围有适于高速数据传输的UART接口和USB接口，也有适于语音传输的PCM接口。功耗小，具有内置屏蔽功能。主机CPU采用嵌入式Pentium，功耗仅为

1．5W，不需要风扇即可正常使用。

3 USB接口技术应用子可穿戴计算机

体积小、功能强、外围设备多、集成度高是可穿戴计算机的主要特点之一。由于可穿戴计算机对多媒体的要求很高，要实现的功能很多，以至于其外设种类很多，所以要求其接口种类也比较多，如串口、MCP接口、USB接口及PCMCIA接口等。若将众多接口都集成在一起，不但设计复杂，而且集成后的体积仍然较大，且其扩充性也较低。USB接口则将这些不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。在可穿戴计算机的设计中采用USB接口作为主要的外设接口，可弥补上述不足。

具体实现：

(1)硬件部分：在主机端采用PHILIPS公司生产的PDIUSBDl2独立USB控制器。PDIUSBDl2的突出特点是特别适用于便携式USB设备、产品的改型设计，以及需要高速数据传输的数据采集系统。

(2)软件部分：USB设备的软件设计主要包括两部分：一是USB设备端的单片机软件，主要完成USB协议处理和数据交换(多数情况下是一个中断子程序)以及其它应用功能程序(例如A／D转换、MP3解码等)；二是PC端的程序由USB通信程序和用户服务程序两部分组成，用户服务程序通过USB通信程序与系统USBDI(USBDevice Interface)通信，由系统完成USB协议的处理与数据传输。PC端程序的开发难度非常大，程序员不仅要熟悉USB协议，还要熟悉WINDOWS体系结构并能熟练运用DDK工具。

USB总线驱动设计主要包括五部分，分别是向上对USB设备驱动和应用提供的函数接口USBDAPI、向下对主机控制器驱动提供的函数接口HCDAPI、USB系统资源、集线器驱动、系统配置及总线枚举器(如图3所示)。定义好这些接口之后，后三部分可并行设计和开发。

目前嵌入式系统中软硬件产品种类很多。由于本文设计的USB总线驱动与USB设备和USB主机之间通过定义的标准软件接口，对USB设备和USB主机的操作分别通过各自的驱动完成，从而避免了与硬件直接打交道，所以这部分设计与硬件和操作系统的相关性不大，适于各种不同的系统。

4 GPRS技术在可穿戴计算机中的应用

4．1 GPRS技术概述

通用分组无线业务(GPRS)是在现有的全球移动通信系统(GSM)网络基础上叠加了一个新的网络，’它充分利用了现有移动通信网的设备，在GSM网络上增加一些硬件设备并进行软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。它突破了GSM网只能提供电路交换的思维定式，以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，能够提供比现有GSM网9．6kbps更高的数据速率，其数据速率可达170kbps；它可以给GSM用户提供移动环境下的高速数据业务，包括收发电子邮件、因特网浏览等IP业务功能[5]。

由于GPRS是分组交换技术，应用了统计复用技术，因此GPRS开通的数据通信是按用户数据的传输信息量计费，而不是按传统的按时计费方式，所以对用户而言还可以节省费用。另外，由于GPRS支持X．25协议和IP协议，因此，对于GSM网现有电路交换数据业务(CSD)和短信息业务(SMS)，GPRS是补充而不是替代。

GPRS开启了大众移动数据应用的大门。采用GPRS技术，用户可以得到以下好处：只对传输数据收费(实际用量)而对连接间隙不收费；保持永久连接；通过IP的直接ISP接人更廉价；新的应用能够实现真正的插人及操作方案；用户可以即时接人多种服务，如：在上网的同时可以进行语音呼叫；手机的IP功能(互联网、遥测、电子商务等)。

基于可穿戴计算机的可移动性和灵活性，能够与外界进行良好的无线通信成为其必备的功能。因此，笔者为WearComp配备了一个基于GPRS技术的无线网卡。

4．2 USB接口的GPRS Modem的设计

4．2．1 硬件设计

本Modem设计中用到的主要元件包括51系列单片机W77E58、独立的USB接口芯片PDIUSBD12及爱立信公司生产的GPRS模块GM47(如图4所示)。

图4

    W77E58是由Winbond公司生产的与51系列兼容的单片机。它支持40MHz晶振频率且缩短了指令周期，具有与51系列兼容的指令集和与80C52兼容的引脚排列，以及32KB的Flash EPROM和1KB的片上SRAM；另外，它所提供的CMOS电平也与GM47模块所提供的CMOS电平完全兼容，无需再进行电平转换。以上这些特性都说明将单片机W77E58用于本Modem的设计是非常合适的[6]。

由PDIUSBD12和W77E58构成的USB接口电路：PDIUSBD12的8位并行数据接人W77E58的P0口，P2．6作为PDIUSBD12的命令或数据的选择线。PDIUSBD12与W77E58的数据交换采用中断方式(外部中断0)。USB设备通过四线电缆接入主机或USBHub，这四线分别是：Vbus(总线电源)、GND(地线)、D+和D-(数据线)。主机通过D+和D-上的电压变化检测设备的状态：刊。

由GM47模块和W77E58构成的GPRS接口电路：作为一种应用终端模块，GM47通过自带的UART端口与控制它的MCU或PC机联系。在UART端口引脚中，RD(串行数据输出)和TD(串行数据输入)作为数据口分别与W77E58的RXD和TXD连接，而CTS(发送清零)、TS(发送请求)、DTR(数据终端准备好)、DED(数据有效检测)作为控制口分别与W77E58的P1．0～P1．3连接。这样就完成了GM47与W77E58的通信控制连接。为了实现GPRS的功能，GM47模块还需要完成SIM卡、天线、电源等部分的连接。

4．2．2 软件设计

USB部分：W77E58对PDIUSBD12的控制软件主要完成USB协议处理与数据交换以及其它应用功能程序。在本设计中，要求利用W77E58相对高的处理速度完成可穿戴计算机主机发来的较大数据量的处理(如经压缩过的视频、音频信号等)。

GPRS部分：GM47 GPRS模块的软件部分对外提供了一个控制系统操作的AT指令集，通过接收来自UART的AT指令，解释并执行相应的操作，从而实现无线Modem的对应功能。所有的Modem命令都是从一个特定的指令前缀(AT)开始，到一个命令结束标志结束。以下介绍几个常用的AT指令[8]：

ATD ／／拨号指令：在后面接电话号码，并可通过ME、SM、LD等控制字选择号码的来源是机器、SIM卡或是最近所拨号；

ATH ／／挂起：提示终止通话；

ATO ／／返回至在线数据模式：在通话过程中从在线控制模式转换到在线数据模式；

AT+CGATr／／是移动终端进入或离开GPRS服务(后接“1”为进入，“0”为离开)；

AT+CGDATA ／／进人数据状态：利用PPP等协议完成将移动终端连接到网络上的操作；

AT+CGEREP ／／GPRS事件报告；

AT+CDREG ／／GPRS网络登记状态。

GM47模块还提供了很多其他指令，这些指令为实现该模块强大的功能奠定了基础，也为众多应用开发人员提供了优良的开发平台。