CSR藍(lán)牙耳機方案開發(fā)

藍(lán)牙耳機提供了一個安全及無繩的途徑來發(fā)送和接收呼叫并進(jìn)行語音傳輸。尤其當(dāng)用戶不方便手持手機時，這種方式顯得尤為方便。藍(lán)牙耳機的使用者可以在能保持連接的范圍內(nèi)自由移動，并可與多種設(shè)備進(jìn)行通信，得到廣泛應(yīng)用。

本文在CSR Blue Core5Multi2MediaExternal(CSRBC52MME)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進(jìn)行藍(lán)牙耳機的設(shè)計研究與實現(xiàn)。CSR公司是全球領(lǐng)先的藍(lán)牙技術(shù)供應(yīng)商，其Blue Core5嵌入式平臺擁有高性能的片上DSP，是惟一能夠支持第三方音頻增強軟件的藍(lán)牙平臺，可提供卓越的聲音質(zhì)量，以及同類最佳的信噪比，達(dá)到-90dB，且其在功耗及無線電設(shè)計方面居行業(yè)領(lǐng)先地位，是目前耳機產(chǎn)品的首選開發(fā)平臺。通過ISM頻段的2.4GHz短距離射頻無線通信技術(shù)，利用短距離、低成本的無線連接替代電纜連接，藍(lán)牙技術(shù)為現(xiàn)存的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和小型的外圍設(shè)備接口提供了統(tǒng)一的連接。藍(lán)牙耳機遵循了藍(lán)牙SIG組織定義的藍(lán)牙耳機規(guī)范和免提規(guī)范，實現(xiàn)了耳機與音頻網(wǎng)關(guān)之間的無線通信。

一、藍(lán)牙耳機硬件平臺簡介

該系統(tǒng)設(shè)計是單聲道雙麥克風(fēng)降噪處理的中高端藍(lán)牙耳機產(chǎn)品，具有單獨的電源開關(guān)，1個多功能按鍵及1個3色LED燈，采用CSR公司具有外接FLASH存儲器的Blue Core5Multimedia的芯片，使用CSR Blue Lab耳機軟件開發(fā)系統(tǒng)，支持集成式語音合成，即文語轉(zhuǎn)換(TTS)功能，以及語音識別功能，在功能上具有高度可定制性和靈活性，可有不同的封裝方式供選擇，有專用DSP音頻消噪處理器及豐富的外設(shè)接口如I2C，USB，UART，PCM/I2S/SPDIF等接口，藍(lán)牙耳機硬件模塊框圖如圖1所示。該BC52MME平臺的主要特點：

(1)16b的MCU具有100MHz速度，可最大支持32Mb外部FLASH，48kB內(nèi)部RAM。(2)超低功耗Kalimba DSP協(xié)處理器，64MIPS，可集成第三方軟件，提供消噪等高質(zhì)量的音頻處理。(3)雙通道的16bADC及DAC處理，支持雙MIC和雙SPK，可實現(xiàn)立體聲音頻。(4)具有豐富接口如UART，USB，SPI，PCM，I2S/SPDIF，可實現(xiàn)與外部設(shè)備連接通信。(5)有2個專用的LED接口，可實現(xiàn)淡入淡出的閃爍效果。

二、藍(lán)牙耳機的軟件平臺

藍(lán)牙耳機軟件是以CSR提供的Blue Core嵌入式開發(fā)環(huán)境Blue Lab軟件平臺為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計和自主開發(fā)。Blue Lab軟件平臺是CSR公司為其高端芯片配合開發(fā)的軟件開發(fā)工具，內(nèi)容包括該平臺的相關(guān)開發(fā)工具和藍(lán)牙協(xié)議庫及部分源碼。該設(shè)計利用CSR提供的軟件平臺進(jìn)行定制開發(fā)藍(lán)牙耳機產(chǎn)品。藍(lán)牙耳機軟件可分為藍(lán)牙協(xié)議體系部分和藍(lán)牙耳機規(guī)范應(yīng)用兩部分。

2.1藍(lán)牙耳機協(xié)議棧

如圖2所示藍(lán)牙協(xié)議體系可以分為4層，包括核心協(xié)議層、替代電纜協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和選用協(xié)議層，每一層還有一些具體的協(xié)議：

(1)核心協(xié)議:基帶、鏈路管理協(xié)議(LMP)、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)；(2)替代電纜協(xié)議:串行電路仿真協(xié)議(RFCOMM)；(3)電話控制協(xié)議:二元電話控制規(guī)范(TCSBi2nary)與AT2命令(AT2Command)；(4)選用協(xié)議:點到點協(xié)議(PPP)、目標(biāo)交換協(xié)議(OBEX)等。主機控制器接口(HCI)提供了訪問基帶控制器、鏈路控制器以及硬件狀態(tài)和控制寄存器等的命令接口。在圖2中，HCI層位于L2CAP之下。

2.2藍(lán)牙耳機規(guī)范

藍(lán)牙耳機軟件中的應(yīng)用規(guī)范有耳機剖面協(xié)議(HSP)、免提剖面協(xié)議(HFP)、高級音頻剖面協(xié)議(A2DP)、音視頻遠(yuǎn)端控制剖面協(xié)議(AVRCP)等。目前，耳機剖面協(xié)議和免提剖面協(xié)議是藍(lán)牙耳機中必須支持的內(nèi)容；而高端立體聲藍(lán)牙耳機會增加支持音頻剖面協(xié)議和音視頻遠(yuǎn)端控制剖面協(xié)議等。

三、藍(lán)牙耳機軟件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1Blue Core任務(wù)架構(gòu)及消息流程

在Blue Core嵌入式開發(fā)環(huán)境下，一方面可配置相應(yīng)的項目編譯及開發(fā)環(huán)境，方便軟件調(diào)試；另一方面可利用藍(lán)牙協(xié)議庫及部分源碼，即Blue Core的Firmware固件和部分藍(lán)牙協(xié)議文件，如圖3所示?；谇度胧降能浖謱咏Y(jié)構(gòu)，只需專注于應(yīng)用剖面的開發(fā)與實現(xiàn)。在圖3中:

(1) Task:每個 Task對應(yīng)1個任務(wù)，其相應(yīng)于1個基本塊，多個塊組成1個應(yīng)用，每個任務(wù)都完成了應(yīng)用和Blue Core firm ware的接口連接，負(fù)責(zé)相應(yīng)的功能。每個任務(wù)都有1個消息處理函數(shù)和相應(yīng)的任務(wù)狀態(tài)結(jié)構(gòu)。所有的任務(wù)都是在單個進(jìn)程中運行，不允許多個任務(wù)并行處理。

(2)Message消息:消息是完成任務(wù)間的信息傳遞，其參數(shù)形式及含義如: Task t:識別消息的目的地址，也就是接收任務(wù)的指針；Message Id id:消息的標(biāo)簽，任務(wù)接收消息時用于識別并調(diào)用相應(yīng)的功能函數(shù)；Message pay load:消息的載荷應(yīng)該包括要求的狀態(tài)數(shù)據(jù)，這樣處理函數(shù)能夠正確處理。在消息送達(dá)后載荷的內(nèi)存要釋放。載荷內(nèi)容是可選，可以置Null。在消息發(fā)送后，所有的消息都要進(jìn)入消息FIFO隊列進(jìn)行排隊轉(zhuǎn)發(fā)處理。Message Loop函數(shù)控制了主調(diào)度循環(huán)并處理派發(fā)任務(wù)消息；每次調(diào)度都檢查隊列中的第一個消息并派發(fā)到相應(yīng)的任務(wù)，其調(diào)用位置在第3.3節(jié)中偽代碼部分所示。

3.2MMI設(shè)計與任務(wù)設(shè)計

藍(lán)牙耳機軟件是基于Blue Core嵌入式軟件層次架構(gòu)和消息機制，根據(jù)人機接口(man machine interface，MMI)的要求進(jìn)行軟件應(yīng)用設(shè)計與實現(xiàn)。藍(lán)牙耳機的人機接口MMI設(shè)計與其產(chǎn)品的定位和產(chǎn)品的復(fù)雜程度有關(guān)。本文所設(shè)計的藍(lán)牙耳機支持耳機剖面協(xié)議，免提剖面協(xié)議，實現(xiàn)語音通話的功能，并完成產(chǎn)品的兼容性測試。MMI的設(shè)計主要包括:按鍵功能、LED指示、聲音提示及藍(lán)牙狀態(tài)操作流程4部分。根據(jù)MMI的設(shè)計要求，分為:I/O輸入管理任務(wù)(io in Task)、I/O輸出管理任務(wù)(io out  Task)、藍(lán)牙剖面管理任務(wù)(prof  Task)、耳機剖面管理任務(wù)(hshf Task)、音頻驅(qū)動管理任務(wù)(audio Task)及電池電量管理任務(wù)(batt Task)6個應(yīng)用任務(wù)。

(1)I/O輸入管理任務(wù)：①初始化任務(wù)，申請該任務(wù)內(nèi)存并初始化變量及該任務(wù)的消息處理函數(shù)；②初始化配置輸入I/O口，根據(jù)I/O輸入口屬性的表格初始化；③初始化I/O輸入事件，根據(jù)事件列表初始化；④管理并發(fā)送對應(yīng)的觸發(fā)事件到各個不同的任務(wù)。

(2)I/O輸出管理任務(wù)：①初始化任務(wù)，申請該任務(wù)內(nèi)存并初始化變量及該任務(wù)的消息處理函數(shù)；②初始化配置輸出I/O口，根據(jù)I/O輸出屬性的表格初始化；③I/O輸出管理，包括PIO和專用LED口，根據(jù)LED的閃爍方式和時序要求，在任務(wù)處理函數(shù)處理。

(3)藍(lán)牙剖面管理任務(wù)：①初始化任務(wù)，申請該任務(wù)內(nèi)存并初始化變量及該任務(wù)的消息處理函數(shù)；②初始化并管理耳機的運行模式，初始化藍(lán)牙協(xié)議棧Connection  Task；③管理藍(lán)牙狀態(tài)，注冊、查詢配對、鑒權(quán)、重連等藍(lán)牙連接設(shè)備過程的藍(lán)牙狀態(tài)轉(zhuǎn)移管理；根據(jù)藍(lán)牙狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的MMI顯示。

(4)耳機剖面管理任務(wù)：①初始化任務(wù)，申請該任務(wù)內(nèi)存并初始化變量及該任務(wù)的消息處理函數(shù)；②初始化藍(lán)牙剖面協(xié)議HSP和HFP；③管理藍(lán)牙耳機通話處理，是藍(lán)牙耳機重要任務(wù)之一。

(5)音頻驅(qū)動管理任務(wù)：①初始化任務(wù)，申請該任務(wù)內(nèi)存并初始化變量及該任務(wù)的消息處理函數(shù)；②調(diào)整Speaker和Mic的增益；③配置平臺的SCO音頻通路。(6)電池電量管理任務(wù)①初始化任務(wù)，申請該任務(wù)內(nèi)存并初始化變量及該任務(wù)的消息處理函數(shù)；②充電電量顯示及算法；③放電電量顯示及算法。

按任務(wù)來區(qū)分各個不同功能，易于理解且具有靈活性、擴展性?？砂慈蝿?wù)模塊添加或者屏蔽任務(wù)模塊。各任務(wù)間可通過Blue Core的FIFO消息機制實現(xiàn)各個任務(wù)間的通信，從而實現(xiàn)藍(lán)牙耳機功能，如圖4所示。

3.3藍(lán)牙耳機初始化及工作過程

在BC52MMExt芯片上VREGENABLEH pin能兼容最高4.9V電壓。當(dāng)該pin上拉2s高電平脈沖后，F(xiàn)irmware運行并內(nèi)部鎖定上拉，此后該pin可作為輸入pin來使用。Firmware啟動完成后接著運行VM虛擬機，這樣便為Application Task提供了運行環(huán)境。

初始化完成耳機后，耳機首先進(jìn)入配對模式(pai2ringmodeorinquiryscanmode)，AG(audio gateway)查詢(inquiry mode)當(dāng)前可配對設(shè)備，找到耳機設(shè)備后可進(jìn)行密碼鑒權(quán)校驗，鑒權(quán)通過后，耳機和AG可進(jìn)行服務(wù)連接(SLC establishment)。此后，藍(lán)牙耳機進(jìn)入正常待機模式，可進(jìn)行來電、撥號等符合HSP/HFP剖面規(guī)范的相關(guān)操作。該耳機能通過PTS(front line test system)功能測試，符合藍(lán)牙耳機HSP和HFP剖面協(xié)議通信流程。

結(jié)語

基于CSR藍(lán)牙嵌入式平臺設(shè)計實現(xiàn)了藍(lán)牙耳機通話功能。通過在Blue Core5Multimedia嵌入式系統(tǒng)平臺上的深入研究，該平臺具有高性能、高靈活性、可定制性等特點，適合發(fā)展高端耳機產(chǎn)品。在該平臺上的藍(lán)牙耳機產(chǎn)品必將贏得高端客戶市場，具有重要應(yīng)用意義。

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