藍牙單芯片在車(chē)載信息娛樂(lè )設備中的應用及開(kāi)發(fā)

藍牙單芯片領(lǐng)頭芯片廠(chǎng)商CSR的Bluecore是目前普遍應用的藍牙單芯片系列，在藍牙耳機、藍牙手機和免提裝置等設備中應用廣泛，也是很多藍牙工程師的首選。筆者采用Bluecore5-MM（以下簡(jiǎn)稱(chēng)BC5）和Freescale的Coldfire架構的32位處理器MCF5251，開(kāi)發(fā)了一款整合USB音樂(lè )播放、iPOD控制、藍牙免提和流媒體音樂(lè )播放等功能的車(chē)載信息娛樂(lè )設備。下面，首先簡(jiǎn)要介紹設備硬件結構，然后從設備軟件結構、BC5軟件開(kāi)發(fā)方式、內存和DSP的開(kāi)發(fā)上詳細講一下開(kāi)發(fā)中遇到的問(wèn)題及解決方法。

硬件結構
圖1為車(chē)載娛樂(lè )設備的硬件結構圖，包括電源管理、音頻輸入輸出及音源管理、處理器及其外圍電路、USB接口及其供電保護、CAN接口等幾個(gè)部分。

圖1 車(chē)載娛樂(lè )設備硬件結構圖

如圖1所示，系統采用BC5-MM+32位外部嵌入式處理器的雙處理器結構設計，藍牙部分用BC5-MM實(shí)現。下面，首先介紹該芯片的關(guān)鍵特性，然后介紹其RF子系統的電路設計。其芯片特性如下：
(1)以單芯片的形式集成了藍牙系統的射頻和基帶控制、RISC結構的16位MCU和性能高達64MIPS的Kalimba DSP。其中，MCU部分實(shí)現藍牙協(xié)議棧和應用軟件，DSP用于實(shí)現音頻和語(yǔ)音處理以及流媒體音樂(lè )文件的編解碼。

(2)具有獨立的音頻輸入輸出系統。

(3)無(wú)線(xiàn)發(fā)射功率達+8dBm，接受靈敏度-90dBm，無(wú)須外部放大器，只需印刷電路板天線(xiàn)便可滿(mǎn)足藍牙射頻規范Class 2的要求，通信距離可達10m。

(4)具有USB、I2C、SPI、UART等多種接口，可以外接外部主控制器以實(shí)現復雜應用。其中，BC5-MM和主處理器通過(guò)UART進(jìn)行通信，SPI接口用于BC5-MM程序的調試、下載以及關(guān)鍵PSKEY屬性的設置。

藍牙RF子系統設計如圖2所示。由于BC5-MM內部集成了藍牙射頻和基帶控制，所以只需外接濾波器和PCB天線(xiàn)便能實(shí)現RF子系統設計。濾波器選用插入損耗低、衰減特性高的藍牙平衡濾波器DBF81F04，保證了藍牙通信的可靠性；PCB天線(xiàn)采取F型天線(xiàn)，反饋點(diǎn)位置需要根據藍牙2.4GHz的頻率中心點(diǎn)確定。另外，在音頻輸入輸出系統設計中需要注意的是音頻輸入有最大電壓的要求，所以在外圍麥克風(fēng)輸入電路設計時(shí)要注意選擇電路放大參數以控制輸入電壓。

圖2 RF子系統電路圖

軟件開(kāi)發(fā)
圖3所示為雙處理器結構的車(chē)載信息娛樂(lè )設備的軟件結構圖。MCF5251端的軟件設計不再贅述，BC5軟件包括固件、操作系統、剖面和應用程序四個(gè)部分。固件的功能是和硬件連接，提供底層驅動(dòng)的實(shí)現，包括藍牙底層協(xié)議棧及片上各種外設，如IO、UART、Timer、ADC等的接口；操作系統Virtual Machine（VM）完成內存管理、任務(wù)調度和消息處理功能；剖面的功能是定義某類(lèi)型設備應該包含的功能及其標準實(shí)現方式，保證設備間的互操作性。應用程序是在剖面和VM提供的一系列API上進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，定義了任務(wù)和相應的消息，在VM的控制下采用消息隊列機制異步發(fā)送消息進(jìn)行通信，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境為Roadtunes-SDK。該SDK提供了完整的藍牙協(xié)議棧和各種剖面的源代碼，并提供了車(chē)載應用的軟件解決方案。下面講述下連接管理及內存問(wèn)題和DSP開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。

圖3 車(chē)載設備軟件結構圖