基于CSR BC 5 MME嵌入式藍牙耳機設計與實現

2010-04-12 00:00:00沈明合,黃聯芬

現代電子技術 2010年14期

摘要:隨著無線通信技術的發展，藍牙耳機解決了傳統耳機線束縛的問題，得到了廣泛應用，迅速改變了人們的生活方式。為了切合實際開發需要，設計實現高性能藍牙耳機成為迫切需求。通過對藍牙耳機性能的需求分析，選擇了基于CSR BC 5 MME嵌入式系統平臺，設計并實現了藍牙耳機MMI的相關功能。該平臺性能優越，可定制性強，為后續產品的研發定下堅實的基礎。

關鍵詞:藍牙耳機; 藍牙技術; BlueCore 5; 耳機軟件

中圖分類號:TN802 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)14-0028-04

Bluetooth Headset Design and Implementation Based on CSR BC5-MME System

SHEN Ming-he， HUANG Lian-feng2

(1. GN Netcom Ltd. Research and Design Departmen， Xiamen University， Xiamen 361009， China;

2. Information Science Technology College， Xiament University， Xiamen 361005， China)

Abstract: With the progress of Wireless Communication technology development， Bluetooth wireless would change the human lifestyle from the cord to cordless when voice communication happen on short distance. It has already implemented in the world and got more and more impact. In order to meet the intention of company， the high performance in the Bluetooth headset is required. Based on analyzing the requirement， the CSR BC5-MME Embedded system has been chosen and fully satisfied. Through the process of the headset design and implementation， this platform would be foundation for the continuous product.

Keywords: Bluetooth headset; Bluebooth technology; BlueCore 5; headset software

0 引言

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

本文在CSR BlueCore 5 Multi-Media External(CSR BC 5-MME)嵌入式系統基礎上，進行藍牙耳機的設計研究與實現。CSR公司是全球領先的藍牙技術供應商，其BlueCore 5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牙平臺，可提供卓越的聲音質量，以及同類最佳的信噪比，達到-90 dB，且其在功耗及無線電設計方面居行業領先地位，是目前耳機產品的首選開發平臺[1]。通過ISM頻段的2.4 GHz短距離射頻無線通信技術，利用短距離、低成本的無線連接替代電纜連接，藍牙技術為現存的數據網絡和小型的外圍設備接口提供了統一的連接[2]。藍牙耳機遵循了藍牙SIG組織定義的藍牙耳機規范和免提規范，實現了耳機與音頻網關之間的無線通信。

1 硬件平臺簡介

該系統設計是單聲道雙麥克風降噪處理的中高端藍牙耳機產品，具有單獨的電源開關，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BlueCore 5 Multimedia的芯片，使用CSR BlueLab耳機軟件開發系統，支持集成式語音合成，即文語轉換(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接口如I²C，USB，UART，PCM/I²S/SPDIF等接口，藍牙耳機硬件模塊框圖如圖1所示。

該BC 5-MME平臺的主要特點[1]:

(1) 16 b的MCU具有100 MHz速度，可最大支持32 Mb外部FLASH，48 kB內部RAM。

(2) 超低功耗Kalimba DSP協處理器，64 MIPS，可集成第三方軟件，提供消噪等高質量的音頻處理。

(3) 雙通道的16 b ADC及DAC處理，支持雙MIC和雙SPK，可實現立體聲音頻。

(4) 具有豐富接口如UART，USB，SPI，PCM，I²S/SPDIF，可實現與外部設備連接通信。

(5) 有2個專用的LED接口，可實現淡入淡出的閃爍效果。

圖1 藍牙耳機硬件模塊框圖

2 軟件平臺

藍牙耳機軟件是以CSR提供的BlueCore嵌入式開發環境BlueLab軟件平臺為基礎進行設計和自主開發。BlueLab軟件平臺是CSR公司為其高端芯片配合開發的軟件開發工具，內容包括該平臺的相關開發工具和藍牙協議庫及部分源碼[2]。該設計利用CSR提供的軟件平臺進行定制開發藍牙耳機產品。藍牙耳機軟件可分為藍牙協議體系部分和藍牙耳機規范應用兩部分。

2.1 藍牙耳機協議棧

如圖2所示藍牙協議體系可以分為4層，包括核心協議層、替代電纜協議層、電話控制協議層和選用協議層，每一層還有一些具體的協議[3-4]:

(1) 核心協議: 基帶、鏈路管理協議(LMP)、邏輯鏈路控制和適配協議(L2CAP)、服務發現協議(SDP);

(2) 替代電纜協議:

串行電路仿真協議(RFCOMM);

(3) 電話控制協議: 二元電話控制規范(TCS Binary)與AT-命令(AT-Command);

(4) 選用協議: 點到點協議(PPP)、目標交換協議(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 藍牙耳機規范

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

圖2 藍牙耳機協議體系結構

3 藍牙耳機軟件設計與實現

3.1 BlueCore任務架構及消息流程

在BlueCore嵌入式開發環境下，一方面可配置相應的項目編譯及開發環境，方便軟件調試;另一方面可利用藍牙協議庫及部分源碼，即 BlueCore的 Firmware固件和部分藍牙協議文件，如圖3所示?；谇度胧降能浖謱咏Y構，只需專注于應用剖面的開發與實現[2]。

在圖3中:

(1) Task:每個Task對應1個任務，其相應于1個基本塊，多個塊組成1個應用，每個任務都完成了應用和BlueCore firmware的接口連接，負責相應的功能。每個任務都有1個消息處理函數和相應的任務狀態結構。所有的任務都是在單個進程中運行，不允許多個任務并行處理。

圖3 BlueCore嵌入式軟件分層架構

(2) Message消息:消息是完成任務間的信息傳遞，其參數形式及含義如:

Task t: 識別消息的目的地址，也就是接收任務的指針;

MessageId id: 消息的標簽，任務接收消息時用于識別并調用相應的功能函數;

Message payload: 消息的載荷應該包括要求的狀態數據，這樣處理函數能夠正確處理。在消息送達后載荷的內存要釋放。載荷內容是可選，可以置Null。

在消息發送后，所有的消息都要進入消息FIFO隊列進行排隊轉發處理。MessageLoop函數控制了主調度循環并處理派發任務消息;每次調度都檢查隊列中的第一個消息并派發到相應的任務，其調用位置在第3.3節中偽代碼部分所示。

3.2 MMI設計與任務設計

藍牙耳機軟件是基于BlueCore嵌入式軟件層次架構和消息機制，根據人機接口(man machine interface，MMI)的要求進行軟件應用設計與實現。藍牙耳機的人機接口MMI設計與其產品的定位和產品的復雜程度有關。本文所設計的藍牙耳機支持耳機剖面協議，免提剖面協議，實現語音通話的功能，并完成產品的兼容性測試[5]。

MMI的設計[6]主要包括: 按鍵功能、LED指示、聲音提示及藍牙狀態操作流程4部分。根據MMI的設計要求，分為:I/O輸入管理任務(ioinTask)、I/O輸出管理任務(iooutTask)、藍牙剖面管理任務(profTask)、耳機剖面管理任務(hshfTask)、音頻驅動管理任務(audioTask)及電池電量管理任務(battTask)6個應用任務。

(1) I/O輸入管理任務