基于S3C4480X的藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)(AG)系統(tǒng)

　　本文設(shè)計(jì)了一種基于S3C4480X的藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)(AG)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與藍(lán)牙耳機(jī)之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，以建立一個(gè)音頻連接，從

　　而實(shí)現(xiàn)兩者之間的配對(duì)與語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸。

　　1藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu)

　　藍(lán)牙無(wú)線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)包括核心協(xié)議和應(yīng)用框架兩大部分。藍(lán)牙協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的目的是在遵循規(guī)范應(yīng)用的情況下能夠進(jìn)行相互間的操作，為了實(shí)現(xiàn)相互間的操作，在遠(yuǎn)程設(shè)備上的對(duì)應(yīng)應(yīng)用程序必須以同一協(xié)議棧運(yùn)行。藍(lán)牙協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)可分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、中間協(xié)議層和應(yīng)用層，圖1所示是藍(lán)牙系統(tǒng)協(xié)議棧的系統(tǒng)組成框圖。藍(lán)牙的核心協(xié)議包括4部分，即基帶、鏈路管理、邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議(L2CAP)、業(yè)務(wù)搜尋協(xié)議(SDP)等。其中L2CAP負(fù)責(zé)建立邏輯鏈路連接，提供協(xié)議復(fù)用、高層與底層間數(shù)據(jù)分組的分段與重組等任務(wù)。SDP可提供服務(wù)搜索和服務(wù)瀏覽功能，負(fù)責(zé)藍(lán)牙設(shè)備間服務(wù)的查詢和訪問。

　　藍(lán)牙主機(jī)控制接口(HCl)可為基帶控制器、連接控制器、硬件狀態(tài)、控制寄存器提供命令接口，并可在藍(lán)牙設(shè)備的主機(jī)和基帶之間提供一個(gè)通用接口。HCI層以上的協(xié)議在主機(jī)上運(yùn)行，而以下的協(xié)議由藍(lán)牙主機(jī)控制器硬件來(lái)完成。這樣既可保證底層協(xié)議傳輸?shù)姆€(wěn)定性，又支持了上層應(yīng)用協(xié)議的可擴(kuò)展性。

　　2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

　　本文選用三星公司的32位內(nèi)核ARM7TDMIS3C44BOX為處理器，并通過藍(lán)牙模塊、音頻編/解碼器(CODEC)、以太網(wǎng)接口等來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)硬件平臺(tái)。本系統(tǒng)基于藍(lán)牙BlueStack協(xié)議棧，可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的所有功能，藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)就是基于BlueStack實(shí)現(xiàn)的。S3C44BOX 與RTL8019用于開發(fā)10Mbps的以太網(wǎng)接口，可使系統(tǒng)連通以太網(wǎng)，并通過以太網(wǎng)進(jìn)行操作。圖2為其系統(tǒng)構(gòu)成框圖。

　　2.1 藍(lán)牙模塊ROKl01008的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　本系統(tǒng)選用ERICSSON公司的ROKl0l008模塊，該藍(lán)牙模塊集成度高，功耗小，可提供高至控制接口HCI層的功能，并具有UART、I2C和PCMCIA三種主機(jī)控制接口，可方便地與主機(jī)進(jìn)行藍(lán)牙語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的傳輸。ROKl0l008支持藍(lán)牙規(guī)范v1.OB，其接收器的最大輸入電平為+13 dBm，動(dòng)態(tài)范圍較廣，能確保發(fā)送器可靠的通信，其輸出功率可達(dá)Class2，UART最大數(shù)據(jù)流為460 kbps。同時(shí)ROKl01008可支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸功能，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。

　　ROKl01008模塊的組成如圖3所示。該模塊內(nèi)部帶有無(wú)線收發(fā)器、基帶控制器、閃存、電源管理和時(shí)鐘五個(gè)模塊。其中無(wú)線收發(fā)模塊由藍(lán)牙收發(fā)器和天線組成。其功能是為網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備提供無(wú)線通道。基帶控制器可完成頻率的合成，同時(shí)完成基帶模塊的數(shù)據(jù)比特信號(hào)到無(wú)線電信號(hào)的轉(zhuǎn)換過濾，并將無(wú)線電信號(hào)以一定的功率和跳頻頻率發(fā)送出去。ROKOl008的工作頻段在2.4 GHz～2.5 GHz ISM之間，有79個(gè)信道，每個(gè)信道l MHz。

　　2.2 藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)

　　藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)的硬件包括藍(lán)牙芯片和音頻編/解碼器(CODEC)。嵌入式藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)電路主要用于提供音頻輸入/輸出接口，并建立音頻連接。圖 4為藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)的硬件電路。藍(lán)牙模塊電壓為+3.3 V。利用藍(lán)牙模塊的UART與單片機(jī)S3C44BOX的UART進(jìn)行相互連接?？蓸?gòu)成通信通道。而S3C44BOX也可與PC機(jī)通過UART接口進(jìn)行通信并互操作。CODEC負(fù)責(zé)音頻的輸入輸出。

　　3 藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)

　　藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)主要基于Bluestack協(xié)議棧來(lái)完成，音頻網(wǎng)關(guān)軟件分為三層機(jī)構(gòu)，即BlueStack協(xié)議棧、AG客戶機(jī)程序和連接管理器。

　　BlueStack是劍橋咨詢有限公司的藍(lán)牙協(xié)議軟件棧，可用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。它遵循藍(lán)牙特殊興趣小組提出的分層模型，可支持邏輯鏈路控制并適配協(xié)議上使用串口仿真協(xié)議或二進(jìn)制電話控制協(xié)議，并將其作為傳輸協(xié)議的規(guī)范層?；贐lueStack協(xié)議?？蓪?shí)現(xiàn)Bluetooth的所有功能。

　　整個(gè)BlueStack的協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)采用消息驅(qū)動(dòng)，層與層之間使用消息隊(duì)列傳遞。在嵌入式藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序中，一般會(huì)涉及兩大類消息：CM 消息和BlueStack消息。CM消息可在客戶機(jī)和連接管理器之間進(jìn)行傳遞，而BlueStack消息則在BlueStack協(xié)議棧之間傳遞。 BlueStack原語(yǔ)類型有DM PRIM、RFC_PRIM、SDP_PRIM 及L2CAP_PRIM四種，在AG應(yīng)用中，一般會(huì)用到前三種。BlueStack消息格式為DM (RFC、SDC或SDS)_原語(yǔ)_擴(kuò)展名。

　　AG應(yīng)用中通常會(huì)定義兩個(gè)任務(wù)，一個(gè)是CM任務(wù)，任務(wù)號(hào)與隊(duì)列號(hào)為O;另一個(gè)是AG任務(wù)，任務(wù)號(hào)與隊(duì)列號(hào)為1。AG客戶機(jī)將所要傳遞給CM的消息提交給隊(duì)列l(wèi)，CM則將要傳遞給AG的消息提交給隊(duì)列0。

　　應(yīng)用程序應(yīng)為ARM與藍(lán)牙之間提供通信接口，主要是在主機(jī)間建立兩個(gè)L2CAP信道(控制信道與數(shù)據(jù)信道)。初始化時(shí)，藍(lán)牙模塊應(yīng)被喚醒，并進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作(隊(duì)列形式)，然后通過請(qǐng)求建立連接。當(dāng)AG客戶機(jī)發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，如果CM有回應(yīng)，說明可以建立連接。數(shù)據(jù)收發(fā)過程中，數(shù)據(jù)要進(jìn)行封裝/解封、分類等操作。圖5所示為藍(lán)牙數(shù)據(jù)收發(fā)過程的軟件流程圖。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　S3C44BOX內(nèi)核的功能強(qiáng)大，并可實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的內(nèi)嵌，因而可通過單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)。本文在ARM平臺(tái)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于S3C44BOX的藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)。經(jīng)測(cè)試，該網(wǎng)關(guān)可實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙耳機(jī)的接入，并成功實(shí)現(xiàn)配對(duì)與語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙耳機(jī)與音頻網(wǎng)關(guān)在進(jìn)行相互操作前，需要建立配對(duì)連接，也就是說，這種連接是要通過藍(lán)牙鑒權(quán)和綁定來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而這種關(guān)系一旦建立，之后就不用再執(zhí)行此操作了。