基于BlueCore01b芯片和API實現(xiàn)嵌入式音頻網(wǎng)關(guān)的設(shè)計

作者：殷偉鳳，徐君國，劉高平 來源：單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

引言

藍牙是一種近距離無線通信技術(shù)規(guī)范，用來描述和規(guī)定各種電子信息產(chǎn)品相互之間是如何用短距離無線電系統(tǒng)進行連接的。藍牙技術(shù)的主要用途是取代電纜。由于藍牙具有比802.11b、HomeRF、紅外等無線技術(shù)高得多的性能價格比，藍牙技術(shù)應(yīng)用具有非常廣闊的前景。

目前已有不少公司生產(chǎn)出高集成度的藍牙芯片組，例如朗訊的W7020+W7400芯片組、飛利浦的LMX3162芯片、Atmel的T2901 和AT76C551芯片等。利用這些芯片可進一步方便地進行藍牙產(chǎn)品的開發(fā)、同時，也有許多公司還開發(fā)出了高層協(xié)議棧及相應(yīng)的API。開發(fā)者基于這些高級協(xié)議棧，可不必對藍牙技術(shù)作深入的研究就可以方便地開發(fā)基于藍牙的應(yīng)用。本文討論一個基于CSR的BlueCore01b芯片和CCL的 BlueStack協(xié)議棧的嵌入式音頻網(wǎng)關(guān)的實現(xiàn)實例。

1 音頻網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用

由于藍牙的低功耗和小體積的特點，在實現(xiàn)移動電話具備矩距離無線通信的能力時，藍牙是首選的，而且是唯一的。目前已有一些移動電話公司推出了藍牙手機產(chǎn)品，如愛立信的T39和T68等、諾基亞的6310、摩托羅位的T270c、索尼的C413S和阿爾卡特的OT702等；但大部分手機仍不具有藍牙功能。通過在普通手機的音頻接口上加裝一個藍牙音頻網(wǎng)關(guān)，就可實現(xiàn)普通手機的藍牙功能，與藍牙無線耳麥進行短距離無線通信。

所實現(xiàn)的音頻網(wǎng)關(guān)符合藍牙技術(shù)規(guī)范PATR K：6中的耳麥應(yīng)用規(guī)范。音頻網(wǎng)關(guān)（AG）既用作輸入也用作輸出。AG可與耳麥建立一個RFCOMM連接，向耳麥發(fā)送AT命令。AG和耳麥之間也可建立 SCO連接，進行音頻傳輸。

2 音頻網(wǎng)關(guān)硬件電路

音頻網(wǎng)關(guān)的電路設(shè)計利用CSR提供的BlueCore01b藍牙芯片。BlueCore01b是在單片芯上集成了射頻單元和法帶控制器。芯片的方框圖如圖1所示。該芯片由射頻接收器、射頻發(fā)射器、射頻合成器、物理層DSP硬件引擎、猝發(fā)狀態(tài)控制器、微處理器、內(nèi)存管理單元等部分組成，BlueCore0b是一個完整的單片系統(tǒng)，只要與內(nèi)含藍牙軟件棧配合，即可向數(shù)據(jù)和語音設(shè)備提供全兼容的藍牙接口。因此，實現(xiàn)音頻網(wǎng)關(guān)的硬件電路相當簡單。它主要包括以下幾部分：藍牙芯片、外部內(nèi)存、音頻編/解碼器（CODEC）、鍵盤/顯示。嵌入式音頻網(wǎng)關(guān)電路方框圖供音頻輸入/輸出接口，建立音頻連接。鍵盤/顯示部分主要用于輸入設(shè)備的識別碼（PIN碼）、發(fā)送AT命令、音頻控制等操作及相應(yīng)的狀態(tài)顯示。在外部內(nèi)存中包含有CSR藍牙軟件棧及用戶應(yīng)用程序。

3 音頻網(wǎng)關(guān)軟件

有了相應(yīng)的硬件平臺以后，功能的完成主要通過軟件實現(xiàn)。音頻網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序的實現(xiàn)是基于BlueStack協(xié)議棧來完成的。下面詳細討論音頻網(wǎng)關(guān)的實現(xiàn)。

3.1 軟件的組成

如圖3所示，音頻網(wǎng)關(guān)軟件為三層結(jié)構(gòu)。

（1）BlueStack協(xié)議棧

BlueStack是劍橋咨詢有限公司（CCL）的藍牙協(xié)議軟件棧，是用C語言實現(xiàn)的Bluetooth高層協(xié)議棧軟件。它遵循由藍牙特殊興趣小組（SIG）提出的分層模型，支持在L2CAP上使用RFCOMM或TCS二進制作為傳輸協(xié)議層規(guī)范?；贐lueStack協(xié)議棧，可實現(xiàn) Bluetooth的所有功能。音頻網(wǎng)關(guān)就是基于BlueStack實現(xiàn)的。

（2）AG客戶機程序

這是AG軟件的最高層，主要進行設(shè)備的查詢、配對、連接等的請求；PIO事件的處理；識別碼輸入、音量控制、送AT命令及狀態(tài)顯示；啟動調(diào)度程序等。這一層的程序由用戶根據(jù)不同的應(yīng)用來編制。

（3）連接管理器程序

這是AG軟件的中間層，也由用戶編制。引入連接管理器，主要是為了減少高層應(yīng)用程序的指令數(shù)量，為高層應(yīng)用程序和低層協(xié)議棧之間提供一個通用接口。連接管理器級主要是處理高層的請求信息，傳送至BlueStack，并接收BlueStack的處理結(jié)果，進行相應(yīng)處理后，通知高層應(yīng)用程序級。

3.2 消息及處理機制

（1）消息

整個協(xié)議棧的Bluestack實現(xiàn)是消息驅(qū)動的，因此層與層之間使用消息傳遞方法。從圖3的結(jié)構(gòu)可看出，只有相鄰層有接口關(guān)系。在嵌入式音頻網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序中，涉及到兩大類消息：CM消息和BlueStack消息。前者在客戶機和連接管理器之間進行傳遞，如圖4所示為消息傳遞示意圖；后者為連接管理器和BlueStack協(xié)議棧之間傳遞的消息。

消息使用服務(wù)原始模型。一般地，在服務(wù)原語后加上擴展名_REQ、_IND、_RES（or _RSP）和_CFM，分別表明原語是一個服務(wù)請求、指示、響應(yīng)還是證實。CM消息格式為CM_原語_擴展名，如SCO連接請求消息為 CM_SCO_CONNECT_REQ。BlueStack原語類型有四種：DM_PRIM、RFC_PRIM、SDP_PRIM及 L2CAP_PRIM。在AG應(yīng)用中，用到前三種。BlueStack消息格式為DM（RFC、SDC或SDS）_原語_擴展名，如SCO連接請求消息為 DM_SCO_CONNECT_REQ。

（2）消息傳遞

各應(yīng)用層之間的消息傳遞通過消息隊列來完成。消息的處理是通過某項任務(wù)進行的。第一個任務(wù)都有一個消息隊列，消息被提交給所屬某一任務(wù)的消息隊列。實現(xiàn)任務(wù)和消息隊列之間的捆綁是靜態(tài)的。消息隊列n，歸屬于任務(wù)n。在此AG應(yīng)用中，我們定義了兩個任務(wù)：一是AG任務(wù)，任務(wù)號為1，隊列號也為1；另一是CM任務(wù)，任務(wù)號為0，隊列號也為0。因此，AG客戶機將所要傳遞給CM的消息提交到隊列0中，而CM傳遞給AG客戶機的消息送入隊列1中。

在軟件中，一個服務(wù)原語是一個結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)名一般采用原語_T。結(jié)構(gòu)成員包括這些原語的類型及相關(guān)的載荷數(shù)據(jù)，如CM的查詢請求服務(wù)結(jié)構(gòu)定義如下：

在軟件中，一個服務(wù)原語是一個結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)名一般采用原語_T。結(jié)構(gòu)成員包括這些原語的類型及相關(guān)的載荷數(shù)據(jù)，如CM的查詢請求服務(wù)結(jié)構(gòu)定義如下：

typedef struct{

uint8 max_response; //可被接收的最大查詢響應(yīng)數(shù)

Delay inq_timeout; //用戶提供的查詢處理超時時長

uint32 class_of_device； //設(shè)備類型

uint16 remote_name_request_enabled; //標志位指示是否完成遠程名的請求

}CM_INQUIRY_REQ_T；

以下給出了消息的提交。其中，宏MAKE_MSG表示創(chuàng)建該消息，msg為該消息結(jié)構(gòu)的指針，將消息送入隊列用MessagePut函數(shù)來完成。

*AG客戶機

MAKE_MSG（CM_INQUIRY_REQ）；

msg-》max_responses=num_responses;

msg-》inq_timeout=D_SEC（timeout）;

msg-》class_of_device=CoD_filter;

msg-》remote_name_request_enabled=rnr_en;

MessagePut（0，msg）;

}

*CM

{

MAKE_MSG（CM_INQUIRY_COMPLETE_CFM）;

msg-》status=status;

MessagePut（1，msg）;

}

（3）消息處理

對某一消息隊列中的消息，由相應(yīng)的任務(wù)來完成，調(diào)度程序運行消息隊列不為空的任務(wù)。在應(yīng)用程序中，任務(wù)用宏定義“DECLARE_TASK”來聲明，用參數(shù)來標識某個任務(wù)。參數(shù)必須為整數(shù)，表示其任務(wù)號。分別在AG客戶機程序和CM中聲明任務(wù)1和任務(wù)0。程序結(jié)構(gòu)如下：

*AG客戶機程序中的任務(wù)1：處理來自CM的消息DECLARE_TASK（1）

{

void *msg;

MessageType type;

/*取出隊列中的消息，其中的參數(shù)必須與DECLARE_TASK中的一致*/

msg=MessageGet（1，&type）;

if（msg）

{

switch（type）

{

/*Connection Manager is ready to be used*/

case CM_INIT_CFM：

agInitCfm（）;

break;

/*Connection Manager has been initializedand is ready for action*/

case CM_OPEN_CFM：

。

。

。

}

MessageDestroy（msg）;/*釋放消息*/

}

}

*CM程序中的任務(wù)0：處理來自AG客戶機的消息DECLARE_TASK（0）

DECLARE_TASK（0）

{

MessageType type;

Void *msg=MessageGet（0，&type）;

if（！msg）return;

switch（type）

{

/*Request to initialise the connection manager*/

case CM_INIT_REQ：

cmInitAction（（CM_INIT_REQ_T*）msg）;

break;

。

。

。

}

MessageDestroy（msg）;

}

3.3 調(diào)度

整個應(yīng)用程序的實現(xiàn)是事件驅(qū)動的。在AG應(yīng)用中，事件包括BlueStack事件、PIO事件、RFCOMM源端及目的端事件。所有事件的處理以及前面介紹的消息隊列中的消息處理均由調(diào)度程序來執(zhí)行。調(diào)度程序由高層應(yīng)用程序啟動，而各事件及消息處理分布在各軟件層中。圖5給出調(diào)度程序的流程。

4 結(jié)論

本文提出的音頻網(wǎng)關(guān)，通過普通手機的音頻口進行連接。經(jīng)測試，可與市售的藍牙耳麥及自行研制的藍牙耳麥進行配對、通話。操作過程如下。①當AG 啟動時，若AG原先已經(jīng)配對，則直接進入連接模式。②若原先未配對，有兩種情況：如果AG內(nèi)已經(jīng)存儲有識別碼（PINcode），則開始查詢耳麥與之配對；如果無PIN碼，則進入PIN輸入模式，輸入PIN碼。此PIN碼要與所要配對的耳麥的PIN碼一致。當配對成功后，AG即進入可連接模式（作為子設(shè)備連接）。在此種模式下，AG處于尋呼掃描狀態(tài)，耳麥可與之連接。AG也可作為主設(shè)備連接耳麥。此時，AG與耳麥建立一個RFCOMM連接，AG可發(fā)送 AT命令給耳麥。AG和HS之間也可建立SCO連接，進行音頻傳輸。

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