基于csr的藍牙音頻網(wǎng)關(guān)設(shè)計

基于csr的藍牙音頻網(wǎng)關(guān)設(shè)計

藍牙是一種短距離無線通信的標準化技術(shù)，用于描述和確定各種信息系統(tǒng)產(chǎn)品如何在短距離內(nèi)連接到對方的無線系統(tǒng)。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藍牙音頻網(wǎng)關(guān)由于藍牙的低功耗和小體積的特點,在實現(xiàn)移動電話具備短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、摩托羅拉的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PARTK: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藍牙系統(tǒng)模塊音頻網(wǎng)關(guān)的電路設(shè)計利用CSR提供的BlueCore01b藍牙芯片。BlueCore01b是在單芯片上集成了射頻單元和基帶控制器。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、外部閃存、音頻編/解碼器(CODEC)、鍵盤/顯示。嵌入式音頻網(wǎng)關(guān)電路方框圖如圖2所示。3音頻網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)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)。3.1ag/sak傳輸協(xié)議層如圖3所示,音頻網(wǎng)關(guān)軟件分為三層結(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。基于BlueStack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、發(fā)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。3.2ag項目軟件設(shè)計模擬(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)原語模型。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。每一個任務(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:(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。3.3事件類型及事件整個應(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。4ag與耳麥連接本文提出的音頻網(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