藍牙模塊和OMAP5910的接口技術(shù)

引言

藍牙技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)數據與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規范，是一種用于替代移動(dòng)設備或固定電子設備之間連接電纜的近距離無(wú)線(xiàn)鏈路，藍牙工作在全球通用的2.4ghz頻段，數據速率為1mb/s，采用時(shí)分雙工傳輸技術(shù)實(shí)現全雙工傳輸。作為取代數據電纜的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，藍牙支持點(diǎn)對點(diǎn)以及點(diǎn)對多點(diǎn)的通信，以無(wú)線(xiàn)方式將家庭或辦公室中的各種數據和語(yǔ)音設備連成一個(gè)微微網(wǎng)（pico－net），幾個(gè)微微網(wǎng)還可以進(jìn)一步實(shí)現互聯(lián)，形成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò )（scatter－net），從而在這些連接設備之間實(shí)現快捷而方便的通信。本文介紹藍牙接口在嵌入式數字信號處理器omap5910上的實(shí)現，dsp對模擬信號進(jìn)行采樣，并對a/d變換后的數字信號進(jìn)行處理，通過(guò)藍牙接口傳輸到接收端，同樣，dsp對藍牙接收到的數字信號進(jìn)行d/a變換，成為模擬信號。

1 藍牙模塊brf6100

藍牙信號的收發(fā)采用藍牙模塊brf6100實(shí)現。brf6100是ti公司最近推出的遵循藍牙v1.1標準的無(wú)線(xiàn)信號收發(fā)芯片，其升級型號brf6150支持v1.2標準，brf6100的主要特性有：具有片內數字無(wú)線(xiàn)處理器drp（digital radio processor）、數控振蕩器，片內射頻收發(fā)開(kāi)關(guān)切換，內置arm7嵌入式處理器等。

brf6100的內部功能如圖1所示，接收信號時(shí)，收發(fā)開(kāi)關(guān)置為收狀態(tài)，射頻信號從天線(xiàn)接收后，經(jīng)過(guò)藍牙收發(fā)器直接傳輸到基帶信號處理器?；鶐盘柼幚戆ㄏ伦冾l和采樣，brf6100采用零中頻結構。數字信號存儲在ram（容量為32kb）中，供arm7處理器調用和處理，arm7將處理后的數據從編碼接口輸出到其他設備，信號發(fā)過(guò)程是信號收的逆過(guò)程，此外，brf6100還包括時(shí)鐘和電源管理模塊以及多個(gè)通用i/o口，供不同的外設使用。brf6100的主機接口可以提供雙工的通用串口，可以方便地和pc機的rs232通信，也可以和dsp的緩沖串口通信。

2 系統硬件結構

整個(gè)系統由dsp、brf6100、音頻ad/da、液晶、鍵盤(pán)以及flash組成，硬件連接如圖2所示，dsp是核心控制單元，音頻ad用于將采集的模擬語(yǔ)音信號轉變成數字語(yǔ)音信號；音頻da將數字語(yǔ)音信號轉換成模擬語(yǔ)音信號，輸出到耳機或者音箱。音頻ad和da的前端和后端都有放大和濾波電路，一般情況下，音頻ad和da集成到一個(gè)芯片上，本系統使用ti公司的tlv320aic10，設置采樣頻率為8khz，鍵盤(pán)用于輸入和控制，液晶顯示器顯示各種信息，flash保存dsp所需要的程序，供dsp上電調用；jtag是dsp的仿真接口，dsp還提供hpi口，該接口可以和計算機連接，可以下載計算機中的文件并通過(guò)da播放，也可以將數字語(yǔ)音信號傳輸到計算機保存和處理。

系統中的dsp采用omap5910，該dsp是ti公司推出的嵌入式dsp，具有雙處理器結構，片內集成arm和dsp處理器。arm用于控制外圍設備，dsp用于數據處理。omap5910中的dsp是基于tms320c55x核的處理器，提供2個(gè)乘累加（mac）單元，1個(gè)40位的算術(shù)邏輯單元和1個(gè)16位的算術(shù)邏輯單元，由于dsp采用了雙alu結構，大部分指令可以并行運行，其工作頻率達150mhz，并且功耗更低。

omap5910中的arm是基于arm9核的ti925t處理器，包括1個(gè)協(xié)處理器，指令長(cháng)度可以是16位或者32位。dsp和arm可以協(xié)同工作，通過(guò)mmu控制，可以共享內存和外圍設備，omap5910可以用在多種領(lǐng)域，例如移動(dòng)通信、視頻和圖像處理，音頻處理、圖形和圖像加速器、數據處理。本系統使用omap5910，用于個(gè)人移動(dòng)通信。

3 brf6100和omap5910的硬件設計

brf6100和omap5910的連接是本系統硬件連接的重點(diǎn)，其具體連接如圖3所示，使用omap5910的mcsi接口連接brf61001語(yǔ)音接口。mcsi接口是omap5910特有的多通道串行接口（multi channel serial interface），具有位同步信號和幀同步信號。系統采用主模式，即omap5910提供2個(gè)時(shí)鐘到藍牙模塊brf6100的語(yǔ)音接口的位和幀同步時(shí)鐘信號，mcsi接口的最高傳輸頻率可以達到6mhz，系統由于傳輸語(yǔ)音信號，設置幀同步信號為8khz，與omap5910外接的音頻ad的采樣頻率一致。每幀傳輸的位根據需要可以設置成8或者16位，相應的位同步時(shí)鐘為64khz或者128khz，這些設置都可以通過(guò)設置omap5910的內部寄存器來(lái)改變，使用十分方便靈活。

omap5910和brf6100的通信使用異步串口實(shí)現。如圖3中的rx1和tx1信號，為了保證雙方通信的可靠和實(shí)時(shí)，使用rts1和cts1引腳作為雙方通信的握手信號，異步串口的通信頻率可設為921.6khz、460.8khz、115.2khz或者57.6khz等四種。速率可以通過(guò)設置omap5910的內部寄存器來(lái)改變，brf6100的異步串口速率通過(guò)omap5910進(jìn)行設置。

由于omap5910和brf6100都具有一個(gè)arm核，雙方的實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號可以使用共同的時(shí)鐘信號，從而保證雙方實(shí)時(shí)時(shí)鐘的一致，圖3中，由omap5910輸出32.768khz的時(shí)鐘信號到brf6100的slow_clk引腳。32.768khz信號由外接晶體提供，晶體的穩定性必須滿(mǎn)足雙方的要求，一般穩定性要求在50×10－6數量級。

圖3中，omap5910使用一個(gè)gpio引腳控制brf6100復位，必要時(shí)omap5910可以軟件復位藍牙模塊。omap5910使用另外一個(gè)gpio引腳控制brf6100的wp信號，wp為brf6100的eeprom寫(xiě)保護信號，在正常工作狀態(tài)下將該引腳置高，確保不會(huì )改寫(xiě)eeprom中的數據。

brf6100的射頻天線(xiàn)可以采用taiyo yuden公司的ah104f2450s1型號的藍牙天線(xiàn)。該天線(xiàn)性能良好，已經(jīng)應用在很多藍牙設備上，為了驗證天線(xiàn)是否有效，可以在產(chǎn)品設計階段增加一段天線(xiàn)測試電路，如圖4所示，使用控制信號控制切換開(kāi)關(guān)，控制信號可以來(lái)自br6100或者omap5910。測試時(shí)，切換開(kāi)關(guān)連通j2和j3，天線(xiàn)信號連接到同軸電纜，可以進(jìn)一步連接到測試設備，可以方便地檢測天線(xiàn)的各種指標，實(shí)際使用中，切換開(kāi)關(guān)連通j2和j1，或者將該段電路去除，天線(xiàn)信號直接連接到brf6100的rf信號引腳。

4 omap5910的軟件設計

整個(gè)系統的軟件設計方法有三種，根據不同的應用場(chǎng)合和系統的負責程序采用不同的設計方法，一般情況下，簡(jiǎn)單的系統可以采用常規的軟件設計方法；較為復雜的系統可以采用dsp仿真軟件ccs提供的dsp/bios設計方法（dsp/bios是ti公司專(zhuān)門(mén)為dsp設計的嵌入式軟件設計方法）；最為復雜的系統需要采用嵌入式操作系統進(jìn)行設計。目前，omap5912支持的操作系統包括wince、linux、nucleus以及vxworks等，可以根據需要選擇不同的操作系統，本系統采用常規的軟件設計方法，其實(shí)現最為簡(jiǎn)單方便。

系統的軟件結構如圖5所示，軟件的結構中包括初始化模塊，鍵盤(pán)和液晶顯示、數據和語(yǔ)音通信、flash讀寫(xiě)以及藍牙信號收發(fā)等模塊，在初始化過(guò)程中設置鍵盤(pán)掃描時(shí)間、語(yǔ)音采樣頻率、顯示狀態(tài)等各種參數，整個(gè)系統初始化之后，程序進(jìn)入監控模塊、監控模塊隨時(shí)判斷各個(gè)模塊的狀態(tài)，并進(jìn)入相應的處理程序，數據通信模塊控制omap5910和藍牙模塊的數據接口，語(yǔ)音通信模塊控制omap5910和音頻ad/da的接口，藍牙接口收發(fā)控制omap5910和藍牙模塊的信號收發(fā)，flash讀寫(xiě)模塊控制omap5910對其片外flash的讀寫(xiě)，必要時(shí)可以將某些重要數據傳輸到flash中，此外，omap5910的上電引導程序也存儲在flash中，鍵盤(pán)和顯示模塊控制系統的人機接口，pc通信模塊控制系統和pc機的連接。

由于omap5910具有c55系列dsp核，一些數字信號處理算法可以很容易實(shí)現，對于語(yǔ)音信號，可以進(jìn)行濾波以提高語(yǔ)音質(zhì)量，如果傳輸音樂(lè )信號，可以加入音樂(lè )處理算法、例如混響、鑲邊、削峰等多種處理，可以將語(yǔ)音壓縮后傳輸到pc機，或者解壓后播放各式各樣的語(yǔ)音信號，使得系統的應用范圍更加廣泛和實(shí)用。

5 總結

在omap5910的藍牙接口設計中，使用omap5910的多通道串口連接藍牙模塊brf61001音頻接口，omap5910的異步串口連接藍牙模塊的通信口。藍牙模塊可以避免射頻信號到中頻信號的變換，使系統結構簡(jiǎn)單、實(shí)現簡(jiǎn)單。由于采用具有dsp核的處理器，系統還可以方便地應用到各種語(yǔ)音信號處理中。