藍牙技術(shù)在音頻網(wǎng)關(guān)中的應用

關(guān)鍵詞：音頻網(wǎng)關(guān)（AG） 藍牙 Bluestack協(xié)議棧 耳麥

藍牙是一種近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)規范，用來(lái)描述和規定各種電子信息產(chǎn)品相互之間是如何用短距離無(wú)線(xiàn)電系統進(jìn)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(wú)線(xiàn)技術(shù)高得多的性能價(jià)格比，藍牙技術(shù)應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(jìn)一步方便地進(jìn)行藍牙產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、同時(shí)，也有許多公司還開(kāi)發(fā)出了高層協(xié)議棧及相應的API。開(kāi)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(kāi)發(fā)基于藍牙的應用。本文討論一個(gè)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(shí)現實(shí)例。

1 音頻網(wǎng)關(guān)的應用

由于藍牙的低功耗和小體積的特點(diǎn)，在實(shí)現移動(dòng)電話(huà)具備矩距離無(wú)線(xiàn)通信的能力時(shí)，藍牙是首選的，而且是唯一的。目前已有一些移動(dòng)電話(huà)公司推出了藍牙手機產(chǎn)品，如愛(ài)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(guò)在普通手機的音頻接口上加裝一個(gè)藍牙音頻網(wǎng)關(guān)，就可實(shí)現普通手機的藍牙功能，與藍牙無(wú)線(xiàn)耳麥進(jìn)行短距離無(wú)線(xiàn)通信。

所實(shí)現的音頻網(wǎng)關(guān)符合藍牙技術(shù)規范PATR K：6中的耳麥應用規范。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(gè)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(jìn)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、內存管理單元等部分組成，BlueCore0b是一個(gè)完整的單片系統，只要與內含藍牙軟件棧配合，即可向數據和語(yǔ)音設備提供全兼容的藍牙接口。因此，實(shí)現音頻網(wǎng)關(guān)的硬件電路相當簡(jiǎn)單。它主要包括以下幾部分：藍牙芯片、外部?jì)却?、音頻編/解碼器（CODEC）、鍵盤(pán)/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(pán)/顯示部分主要用于輸入設備的識別碼（PIN碼）、發(fā)送AT命令、音頻控制等操作及相應的狀態(tài)顯示。在外部?jì)却嬷邪蠧SR藍牙軟件棧及用戶(hù)應用程序。

3 音頻網(wǎng)關(guān)軟件

有了相應的硬件平臺以后，功能的完成主要通過(guò)軟件實(shí)現。音頻網(wǎng)關(guān)應用程序的實(shí)現是基于BlueStack協(xié)議棧來(lái)完成的。下面詳細討論音頻網(wǎng)關(guān)的實(shí)現。

3.1 軟件的組成

如圖3所示，音頻網(wǎng)關(guān)軟件為三層結構。

（1）BlueStack協(xié)議棧

BlueStack是劍橋咨詢(xún)有限公司（CCL）的藍牙協(xié)議軟件棧，是用C語(yǔ)言實(shí)現的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(jìn)制作為傳輸協(xié)議層規范?；贐lueStack協(xié)議棧，可實(shí)現Bluetooth的所有功能。音頻網(wǎng)關(guān)就是基于BlueStack實(shí)現的。

（2）AG客戶(hù)機程序

這是AG軟件的最高層，主要進(jìn)行設備的查詢(xún)、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(dòng)調度程序等。這一層的程序由用戶(hù)根據不同的應用來(lái)編制。

（3）連接管理器程序

這是AG軟件的中間層，也由用戶(hù)編制。引入連接管理器，主要是為了減少高層應用程序的指令數量，為高層應用程序和低層協(xié)議棧之間提供一個(gè)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的處理結果，進(jìn)行相應處理后，通知高層應用程序級。

3.2 消息及處理機制

（1）消息

整個(gè)協(xié)議棧的Bluestack實(shí)現是消息驅動(dòng)的，因此層與層之間使用消息傳遞方法。從圖3的結構可看出，只有相鄰層有接口關(guān)系。在嵌入式音頻網(wǎng)關(guān)應用程序中，涉及到兩大類(lèi)消息：CM消息和BlueStack消息。前者在客戶(hù)機和連接管理器之間進(jìn)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(yǔ)后加上擴展名_REQ、_IND、_RES（or _RSP）和_CFM，分別表明原語(yǔ)是一個(gè)服務(wù)請求、指示、響應還是證實(shí)。CM消息格式為CM_原語(yǔ)_擴展名，如SCO連接請求消息為CM_SCO_CONNECT_REQ。BlueStack原語(yǔ)類(lèi)型有四種：DM_PRIM、RFC_PRIM、SDP_PRIM及L2CAP_PRIM。在A(yíng)G應用中，用到前三種。BlueStack消息格式為DM（RFC、SDC或SDS）_原語(yǔ)_擴展名，如SCO連接請求消息為DM_SCO_CONNECT_REQ。

（2）消息傳遞

各應用層之間的消息傳遞通過(guò)消息隊列來(lái)完成。消息的處理是通過(guò)某項任務(wù)進(jìn)行的。第一個(gè)任務(wù)都有一個(gè)消息隊列，消息被提交給所屬某一任務(wù)的消息隊列。實(shí)現任務(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應用中，我們定義了兩個(gè)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(hù)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(hù)機的消息送入隊列1中。

在軟件中，一個(gè)服務(wù)原語(yǔ)是一個(gè)結構。結構名一般采用原語(yǔ)_T。結構成員包括這些原語(yǔ)的類(lèi)型及相關(guān)的載荷數據，如CM的查詢(xún)請求服務(wù)結構定義如下：

在軟件中，一個(gè)服務(wù)原語(yǔ)是一個(gè)結構。結構名一般采用原語(yǔ)_T。結構成員包括這些原語(yǔ)的類(lèi)型及相關(guān)的載荷數據，如CM的查詢(xún)請求服務(wù)結構定義如下：

typedef struct{

uint8 max_response; //可被接收的最大查詢(xún)響應數

Delay inq_timeout; //用戶(hù)提供的查詢(xún)處理超時(shí)時(shí)長(cháng)

uint32 class_of_device； //設備類(lèi)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為該消息結構的指針，將消息送入隊列用MessagePut函數來(lái)完成。

*AG客戶(hù)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，由相應的任務(wù)來(lái)完成，調度程序運行消息隊列不為空的任務(wù)。在應用程序中，任務(wù)用宏定義“DECLARE_TASK”來(lái)聲明，用參數來(lái)標識某個(gè)任務(wù)。參數必須為整數，表示其任務(wù)號。分別在A(yíng)G客戶(hù)機程序和CM中聲明任務(wù)1和任務(wù)0。程序結構如下：

*AG客戶(hù)機程序中的任務(wù)1：處理來(lái)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(lái)自AG客戶(hù)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 調度

整個(gè)應用程序的實(shí)現是事件驅動(dòng)的。在A(yíng)G應用中，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度程序來(lái)執行。調度程序由高層應用程序啟動(dòng)，而各事件及消息處理分布在各軟件層中。圖5給出調度程序的流程。

4 結論

本文提出的音頻網(wǎng)關(guān)，通過(guò)普通手機的音頻口進(jìn)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(jìn)行配對、通話(huà)。操作過(guò)程如下。①當AG啟動(dòng)時(shí)，若AG原先已經(jīng)配對，則直接進(jìn)入連接模式。②若原先未配對，有兩種情況：如果AG內已經(jīng)存儲有識別碼（PINcode），則開(kāi)始查詢(xún)耳麥與之配對；如果無(wú)PIN碼，則進(jìn)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(jìn)入可連接模式（作為子設備連接）。在此種模式下，AG處于尋呼掃描狀態(tài)，耳麥可與之連接。AG也可作為主設備連接耳麥。此時(shí)，AG與耳麥建立一個(gè)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(jìn)行音頻傳輸。