基于Qt/Embedded的藍(lán)牙廣告系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 超，趙建軍，李 偉，徐 釗

(昆明理工大學(xué)，云南 650500)

1 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對通信系統(tǒng)的需求越來越集中于網(wǎng)絡(luò)寬帶和無線通信技術(shù)之上。藍(lán)牙是由愛立信、諾基亞、IBM、英特爾和東芝等五家公司聯(lián)合制定的短矩離無線通信技術(shù)［1－2］。藍(lán)牙技術(shù)工作在全球通用的 2.4GHz頻段，即ISM頻段，作為一種近矩離無線技術(shù)規(guī)范，因其有著開放性、低功耗、低成本、低輻射、安全性、體積?。?－6］等眾多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用到PDA、移動電話、臺式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦等［7－8］。以藍(lán)牙技術(shù)為依托，構(gòu)建出了一個(gè)小型廣告系統(tǒng)，通過在室內(nèi)或者室外布置藍(lán)牙廣播站，這些藍(lán)牙設(shè)備會自動搜索范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備，詢問是否愿意接收該文件，若用戶同意接收該文件時(shí)，系統(tǒng)會自動將該文件發(fā)送到用戶終端。與現(xiàn)有廣告媒體相比，該系統(tǒng)搭配了藍(lán)牙技術(shù)強(qiáng)大的背景和功能，具有很好的適用性，穩(wěn)定性。通過藍(lán)牙設(shè)備，將廣告信息發(fā)送到用戶帶有藍(lán)牙設(shè)備的手持設(shè)備中，縮短了用戶對廣告信息獲取的時(shí)間。Qt是一個(gè)功能強(qiáng)大的 GUI系統(tǒng)，Qt/Embedded是一個(gè)面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本［9］。提出一種基于藍(lán)牙技術(shù)的嵌入式開發(fā)方法，融合嵌入式技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)以及Qt/Embedded界面，構(gòu)建一體化的嵌入式藍(lán)牙應(yīng)用系統(tǒng)。利用藍(lán)牙官方提供的協(xié)議棧Bluez進(jìn)行開發(fā)，在開發(fā)平臺完成了Bluez的移植，Qt設(shè)計(jì)器完成控制界面。在界面下對藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行編程，完善藍(lán)牙設(shè)備的廣告功能，實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式藍(lán)牙廣告的小型系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計(jì)

ARM9硬件平臺以S3C2440A為核心處理器，外圍可擴(kuò)展NAND/NOR Flash、音頻輸入輸出接口、USB接口、RS232接口、RJ45接口、SD卡接口、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路及電源電路等。S3C2440A采用ARM920T內(nèi)核，主頻203MHz，內(nèi)部具有32M NAND Flash，16M NOR Flash及64M SDRAM。外圍擴(kuò)展USB接口和RS232用于藍(lán)牙適配器連接和PC端口通信。系統(tǒng)硬件原理圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件原理圖

USB模塊集成在 S3C2440A芯片中，在使用S3C2440A時(shí)可以同時(shí)使用其中的 USB模塊。S3C2440A帶有兩個(gè)USB控制器，一個(gè)主設(shè)備控制器和一個(gè)從設(shè)備控制器，兩個(gè)設(shè)備均為四線控器，分別接5V電源，D－、D+數(shù)據(jù)信號和接地線。主USB主要用于接U盤、攝像頭等，從USB使用USB延長線，連接到PC，主要用于傳輸數(shù)據(jù)。在本次開發(fā)中USB主要用于連接藍(lán)牙適配器。

串口在開發(fā)或者是實(shí)驗(yàn)中都是非常重要的接口之一，通過它能與PC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，交互操作等。開發(fā)平臺具有一個(gè)五線異步串行和一個(gè)UART擴(kuò)展接口。本設(shè)計(jì)采用SP3232EEN電壓轉(zhuǎn)換芯片將引出串口的 RSRXD0和 RSTXD03.3V電平轉(zhuǎn)換為232電平。UART可工作在中斷模式和DMA模式。

3 構(gòu)建廣告系統(tǒng)ARM開發(fā)平臺

3.1 Linux內(nèi)核在開發(fā)平臺上的移植

由于Linux內(nèi)核過于龐大，對于受到資源限制的嵌入式系統(tǒng)來說，將其完整的運(yùn)用到嵌入式系統(tǒng)中似乎是不太可能完成的事。所以為了能將嵌入式系統(tǒng)資源進(jìn)行合理的利用、分配，Linux內(nèi)核必須經(jīng)過裁剪，配置，保留我們僅需要的部分，將其運(yùn)用到嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中［10］。首先在宿主機(jī)上建立交叉編譯環(huán)境，然后從Linux官網(wǎng)上下載Linux－2.6.38內(nèi)核源代碼，將其解壓到工作目錄中，檢查Makefile文件，確保ARCH=arm和CROSS_COMPILE=armlinux，在終端中進(jìn)入其工作目錄，輸入make menuconfig進(jìn)行內(nèi)核配置，配置完成后按EXIT并保存退出。然后采用壓縮方式，執(zhí)行make zImage，完成這個(gè)命令后，在其工作目錄的arch/arm/boot文件下生成了內(nèi)核壓縮鏡像zImage，將其燒寫到開發(fā)平臺中。以這種方式編譯出來的內(nèi)核小，有利于進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。

3.2 藍(lán)牙協(xié)議棧BlueZ的移植

因?yàn)樵趌inux2.6以上的版本中，藍(lán)牙內(nèi)核已經(jīng)集成在linux內(nèi)核中，所以我們只要進(jìn)行藍(lán)牙協(xié)議棧的移植。在內(nèi)核代碼中，Bluez軟件開發(fā)包實(shí)現(xiàn)了主機(jī)控制接口和套接字接口的全部功能［11］。進(jìn)入藍(lán)牙官網(wǎng)，下載藍(lán)牙函數(shù)庫bluez－lib－3.36、藍(lán)牙工具集 bluez－utils－3.36和其所依賴的庫文件expat－2.0.1或者 libxml2 －2.6.32、gblib －2.22.4、libusb －0.1.12、dbus － 1.3.0 和 openobex － 1.12。將它們進(jìn)行解壓安裝。然后進(jìn)入內(nèi)核目錄，再次輸入make menuconfig配置內(nèi)核，將我們所需要的藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧加入內(nèi)核當(dāng)中，重新編譯燒寫zImage。將藍(lán)牙 bin、sbin、etc、lib拷貝到開發(fā)平臺對應(yīng)的文件系統(tǒng)下。在內(nèi)核代碼中，Bluez軟件開發(fā)包實(shí)現(xiàn)了通過上述說明完成藍(lán)牙協(xié)議棧BlueZ的移植之后，基于ARM Linux的藍(lán)牙應(yīng)用開發(fā)平臺就已經(jīng)搭建好了，下面我們將利用藍(lán)牙函數(shù)庫來進(jìn)行嵌入式平臺下藍(lán)牙通信的開發(fā)和應(yīng)用。

3.3 Qt編譯

從網(wǎng)上下載我們所要用到的tmake－1.11、qtembedded－2.3.7、qt－ x11 － 2.32、qtopia － free －1.7.0的RPM包并安裝，在PC平臺下進(jìn)行編譯，并在PC機(jī)上的linux下進(jìn)行配置、編譯和安裝:

./configure–qconfig qpe–xplatform x86－linux－g++ －xplatform arm－linux－g++Qtopia開發(fā)最為核心的東西是由Qtopia開發(fā)工具包提供的Software Development kit(SDK)，在Qtopia版本的編譯和安裝之后可以得到如下工具包:

(1)虛擬幀緩沖qvfb(Qt virtual frame buffer):是一個(gè)X Windows下的framebuffer仿真器，它主要有兩個(gè)方面的作用，一是它建立了一個(gè)system V共享目錄，用戶只需將需要顯示的圖像按像素格式要求加入到共享內(nèi)存里，qvfb就可以顯示圖像了;二是提供了鍵盤和鼠標(biāo)接口。

(2)designer工具:是利用Qt組件設(shè)計(jì)窗口布局或是用來組建GUI的工具。它提供了信號與槽的連接功能，但是沒有辦法實(shí)現(xiàn)組件對象函數(shù)的重載和添加。

(3)tmake工具:用來生成Makefile文件;

(4)用戶界面編譯器uic工具:將designer工具設(shè)計(jì)出來的ui文件或者XML格式文件生成源代碼;

(5)元對象編譯器moc工具:用來生成一些與信號和槽相關(guān)的底層代碼預(yù)編譯工具。

有了這些工具以后，配合交叉編譯GUN C++就可以在linux環(huán)境下進(jìn)行Qt/Embedded的應(yīng)用程序開發(fā)。

Qt designer是一款Qt提供的非常強(qiáng)大的圖形編譯工具，提供了非常多的部件資源，如按鈕、菜單、應(yīng)用程序窗口等，把它們結(jié)合起來使用可以完成各種各樣我們需要實(shí)現(xiàn)的界面。利用Qt designer可以加快我們寫Qt程序速度，并且可以使我們能更快的學(xué)會Qt［12］。本文是利用Qt desinger設(shè)計(jì)出控制界面，實(shí)現(xiàn)廣告系統(tǒng)功能，具體的操作步驟如下:①利用Qt designer完成所需要的界面設(shè)計(jì)，并生成*.ui文件類型;②建立轉(zhuǎn)換ui為源碼的腳本文件，并生成*.h頭文件和*.cpp文件;③手工建立 main.cpp文件④利用progen軟件產(chǎn)生pro工程文件;⑤利用tmake工具生成相應(yīng)的makefile文件，并做出相應(yīng)的修改，去掉文件重復(fù)部分;⑥制作桌面啟動器和桌面圖標(biāo);⑦修改*.cpp文件使其完成要實(shí)現(xiàn)功能的編程;⑧使用make編譯。

4 藍(lán)牙廣告系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

經(jīng)過上述的一系列步驟之后，一個(gè)完整的嵌入式藍(lán)牙開發(fā)平臺就已經(jīng)搭建好了。在搭建的平臺之下，利用藍(lán)牙函數(shù)庫來進(jìn)行嵌入式藍(lán)牙通信的開發(fā)。Bluez－lib－3.36主要提供程序開發(fā)的庫函數(shù)和應(yīng)用程序接口，以便于用戶進(jìn)行藍(lán)牙應(yīng)用的開發(fā)。Bluez－utils－3.36提供藍(lán)牙工具集和藍(lán)牙設(shè)備的配置文件，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的初始化和控制。其中幾個(gè)重要的工具功能為:hciconfig工具對藍(lán)牙進(jìn)行配置，如開始藍(lán)牙設(shè)備，暫停藍(lán)牙設(shè)備等，格式上類似于ifconfig，可以用來設(shè)置HCI設(shè)備的參數(shù);hcitool工具用來進(jìn)行查找附近的藍(lán)牙設(shè)備，顯示遠(yuǎn)端藍(lán)牙設(shè)備的地址，名稱等，能夠完成與藍(lán)牙相關(guān)的多種功能;l2ping主要用來建立socket形式來調(diào)用L2CAP接口，如查看兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備是否建立網(wǎng)絡(luò)連接。sdptool主要用來查看與藍(lán)牙服務(wù)相關(guān)的多種功能或者管理本地SDPD維護(hù)的數(shù)據(jù)庫，用于查看搜索到的藍(lán)牙設(shè)備可以得到的服務(wù)功能。Hciattach工具主要用來初始化藍(lán)牙設(shè)備。Qt designer可以用來為我們設(shè)計(jì)合理的藍(lán)牙廣告控制界面，并實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙廣告的功能。

構(gòu)建以ARM Linux為開發(fā)平臺的藍(lán)牙設(shè)備與開發(fā)者，藍(lán)牙設(shè)備相互之間的通信網(wǎng)絡(luò)，從而構(gòu)建基于Qt界面的藍(lán)牙廣告系統(tǒng)。系統(tǒng)大概包括以下幾個(gè)部分:ARM硬件平臺、Linux系統(tǒng)、藍(lán)牙函數(shù)庫、Qt界面、藍(lán)牙廣告系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)。

藍(lán)牙廣告系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中包括了以下幾個(gè)功能模塊:藍(lán)牙控制模塊、藍(lán)牙搜索模塊、服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊、連接模塊、廣告發(fā)送模塊。每個(gè)模塊具體功能實(shí)現(xiàn)如下:

(1)控制模塊:控制模塊提供一個(gè)可以控制藍(lán)牙服務(wù)器端的藍(lán)牙設(shè)備接口，來控制藍(lán)牙服務(wù)器端所要進(jìn)行的操作，主要有以下幾個(gè)方面:初始化藍(lán)牙設(shè)備，啟動服務(wù)器藍(lán)牙模塊，暫停、恢復(fù)、重啟藍(lán)牙服務(wù)模塊，獲取搜索到的藍(lán)牙設(shè)備，與藍(lán)牙客戶端建立連接，偵聽藍(lán)牙服務(wù)器端的運(yùn)行狀態(tài)等。

(2)搜索模塊:每一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的48位地址是藍(lán)牙設(shè)備的唯一標(biāo)識符，只有在得到藍(lán)牙設(shè)備地址之后，藍(lán)牙設(shè)備之間才能進(jìn)行信息交互。當(dāng)啟動藍(lán)牙設(shè)備之后，利用搜尋功能搜索附近所有的藍(lán)牙設(shè)備，獲取藍(lán)牙設(shè)備相應(yīng)的48位地址標(biāo)識符、藍(lán)牙設(shè)備名字、藍(lán)牙設(shè)備類型等相關(guān)信息。搜索結(jié)束后，將所有得到的藍(lán)牙設(shè)備地址進(jìn)行存儲。

(3)服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊:在藍(lán)牙設(shè)備出廠之前，藍(lán)牙生產(chǎn)商在藍(lán)牙設(shè)備中就已經(jīng)編碼了藍(lán)牙設(shè)備的服務(wù)類型和其相關(guān)的類別屬性。利用藍(lán)牙的服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊可以得到搜索到的藍(lán)牙設(shè)備可以支撐的服務(wù)信息，比如 OBEX File Transfer、OBEX Object Push、Dial－up networking、Voice Gateway等等。

(4)連接模塊:當(dāng)一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備與其它藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行信息交互時(shí)，一些藍(lán)牙備需要藍(lán)牙服務(wù)器端提供PIN碼，這時(shí)藍(lán)牙設(shè)備把固化在hcid中的PIN碼推送到藍(lán)牙設(shè)備，再由藍(lán)牙設(shè)備做出響應(yīng)。當(dāng)服務(wù)器端藍(lán)牙設(shè)備與客戶端藍(lán)牙設(shè)備取得連接之后，我們就可以進(jìn)行藍(lán)牙設(shè)備之間信息的交互。

(5)廣告發(fā)送模塊:藍(lán)牙設(shè)備搜索到附近藍(lán)牙設(shè)備之后，該藍(lán)牙設(shè)備就會向搜索到的藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送廣告內(nèi)容。該設(shè)計(jì)中提供了手動和自動兩種發(fā)送方式:點(diǎn)擊界面的browse功能按鈕找到需要發(fā)送的廣告內(nèi)容，用下面兩種方法進(jìn)行藍(lán)牙設(shè)備廣告的推送。

(6)廣告效果的反饋:待藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送廣告之后，通過反饋功能來偵聽廣告的發(fā)送情況，如:該廣告內(nèi)容是否發(fā)送成功，在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)送了多少條廣告，記錄下發(fā)送成功或者失敗的藍(lán)牙物理地址，以便進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

界面設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 藍(lán)牙廣告系統(tǒng)界面

手動實(shí)現(xiàn)打開藍(lán)牙設(shè)備，點(diǎn)擊search按鈕，搜索藍(lán)牙設(shè)備，將搜索到的藍(lán)牙設(shè)備名字，MAC地址分別顯示在對應(yīng)的欄目下，選擇我們想要發(fā)送的藍(lán)牙設(shè)備。然后點(diǎn)擊browse選擇我們所要發(fā)送的文件，文件的路徑名稱會顯示在browse按鈕左邊的line edit中，然后點(diǎn)擊Send按鈕將廣告內(nèi)容或者文件發(fā)送到對應(yīng)的藍(lán)牙設(shè)備下。

設(shè)置界面主要用來對藍(lán)牙設(shè)備PIN Code和藍(lán)牙設(shè)備名稱的更改，輸入自己喜歡的PIN Code和名稱，點(diǎn)擊更改PIN碼按鈕和更改名稱按鈕分別對PIN碼和名稱做出相應(yīng)的修改，點(diǎn)擊Close關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。

自動發(fā)送是整個(gè)系統(tǒng)的核心功能，設(shè)置所要發(fā)送文件和希望發(fā)送的時(shí)間(最大可設(shè)為24小時(shí))，點(diǎn)擊start按鈕，系統(tǒng)會自動搜索附近的藍(lán)牙設(shè)備。在設(shè)置好的發(fā)送時(shí)間內(nèi)，藍(lán)牙設(shè)備會自動搜索附近的藍(lán)牙設(shè)備，搜索到藍(lán)牙設(shè)備后自動與之進(jìn)行連接，待搜索到的藍(lán)牙設(shè)備同意服務(wù)請求后，系統(tǒng)會將文件自動地發(fā)送給搜索到的藍(lán)牙設(shè)備。等設(shè)定的時(shí)間結(jié)束后，系統(tǒng)會自動暫停。待重新設(shè)定文件與時(shí)間，重新開始廣告文件的發(fā)送。點(diǎn)擊Cancel可以將正在活動的內(nèi)容取消。點(diǎn)擊Close關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。

在藍(lán)牙協(xié)議棧上選用藍(lán)牙規(guī)范中的主機(jī)控制接口，服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，邏輯鏈路控制與適配協(xié)議、交換協(xié)議等，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙系統(tǒng)的廣告功能。

服務(wù)器端系統(tǒng)詳細(xì)的程序流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

通過上述開發(fā)方法完成嵌入式藍(lán)牙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，對該藍(lán)牙廣告系統(tǒng)做了一定的測試。通過測試，證明了該系統(tǒng)已經(jīng)能和本身之外其它可見的藍(lán)牙設(shè)備建立正常的通信連接，能很好的實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)功能。

5 結(jié) 束 語

根據(jù)藍(lán)牙協(xié)議設(shè)計(jì)出了一種基于ARM+Linux下Qt界面的藍(lán)牙廣告系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對文字，圖片，視頻，名片等眾多格式的廣告信息發(fā)布到搜索到的藍(lán)牙設(shè)備上，同時(shí)對發(fā)送情況和狀態(tài)進(jìn)行記錄，以便能很好的統(tǒng)計(jì)這個(gè)廣告系統(tǒng)的發(fā)送效果。利用Qt界面來實(shí)現(xiàn)在對藍(lán)牙的控制，可以很好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)互連，簡單，易懂，操作性高。隨著藍(lán)牙技術(shù)和藍(lán)牙廣告媒體、以及短距離無線技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，藍(lán)牙廣告將會被運(yùn)用在越來越多的地方，將會使更多的信息進(jìn)入到我們的手機(jī)或者其它集成有藍(lán)牙的設(shè)備中。同時(shí)文中介紹的藍(lán)牙廣告也可以和電腦相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電腦與嵌入式平臺的雙向操作，而達(dá)到統(tǒng)一的操作目的，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙廣告媒體多種方式的統(tǒng)一聯(lián)播。

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