低功耗蓝牙SOC的设计与实现

摘要

蓝牙是一项传输距离短且传输带宽窄的无线通信技术。蓝牙无线通信技术协议规范由蓝牙特别兴趣小组负责研究和编制，从1999年开始蓝牙特别兴趣小组开始并发布传统蓝牙无线通信技术规范，经过十年的发展，到2009年传统蓝牙无线通信技术规范已经发展到3.0版本，形成了基本速率和增强型速率两种模式。此后蓝牙特别兴趣小组开始研究低功耗蓝牙技术，到2014年，该技术已经发展到4.2版本。
　　本文针对低功耗蓝牙 SOC的设计开展研究，首先深入地研究了低功耗蓝牙链路层的协议规范，将以文字描述的通信协议细节加以提取和总结，并以流程图的形式整理出低功耗蓝牙链路层通信的所有需求，根据这些特点合理地对链路层的软硬件处理进行划分，并详细设计了链路层控制器的硬件加速引擎。另外，本文重点研究了低功耗蓝牙 SOC芯片的系统架构以及业界常用的几种低功耗设计方法学，针对低功耗蓝牙芯片的应用特点，采用了两种行之有效的低功耗设计方法，并以此为基础，设计了系统的电路结构，电源供电结构，系统级电源管理方案以及不同低功耗模式下软硬件的操作流程。最后，为了实现芯片流片前的系统验证以及软件协议栈开发，本文从几种流行的软件无线电平台中选用了bladeRF平台，在深入研究该平台所提供的参考设计等资源后，对bladeRF原有的平台进行改进并将本设计成功集成在内，打通了完整的射频链路，与智能手机等低功耗蓝牙设备进行配对，并给出了实际的验证结果。
　　本文的研究意义在于，通过对低功耗蓝牙核心技术的深入研究，完成了具有自主知识产权的低功耗蓝牙 SOC芯片的设计，对于破除欧美芯片公司对这一领域的垄断，降低低功耗蓝牙芯片的成本以及推动我国物联网产业的发展有着显著的意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2 论文的研究内容和章节安排

第二章 链路层协议

2.1 链路层概述

2.2 链路层分组数据格式

2.3 链路层位流处理规范

2.4 链路层传输协议

2.5 链路层隐私

2.6 直接测试模式

2.7 本章小结

第三章 低功耗蓝牙链路层控制器设计

3.1 定时产生模块

3.2 事件控制器模块

3.3 跳频选择模块

3.4 基带控制器模块

3.5 白名单搜索引擎

3.6 CCM引擎

3.6 本章小结

第四章 低功耗蓝牙SOC架构设计

4.1 系统硬件设计

4.2 系统低功耗设计

4.3 FPGA测试

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 研究展望

参考文献

缩略语中英文对照

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文