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藍(lán)牙技術(shù)在音頻網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用
摘要：給出一種基于CSR的BlueCore01b藍(lán)牙單片機(jī)和BlueStack高級協(xié)議棧的音頻網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法。所開發(fā)的音頻網(wǎng)關(guān)能通過普通手機(jī)的音頻接口與藍(lán)牙耳麥進(jìn)行無線連接。關(guān)鍵詞：音頻網(wǎng)關(guān)（AG） 藍(lán)牙 Bluestack協(xié)議棧 耳麥
藍(lán)牙是一種近距離無線通信技術(shù)規(guī)范，用來描述和規(guī)定各種電子信息產(chǎn)品相互之間是如何用短距離無線電系統(tǒng)進(jìn)行連接的。藍(lán)牙技術(shù)的主要用途是取代電纜。由于藍(lán)牙具有比802.11b、HomeRF、紅外等無線技術(shù)高得多的性能價(jià)格比，藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)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(lán)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(lán)牙產(chǎn)品的開發(fā)、同時(shí)，也有許多公司還開發(fā)出了高層協(xié)議棧及相應(yīng)的API。開發(fā)者基于這些高級協(xié)議棧，可不必對藍(lán)牙技術(shù)作深入的研究就可以方便地開發(fā)基于藍(lán)牙的應(yīng)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(xiàn)實(shí)例。
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1 音頻網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用
由于藍(lán)牙的低功耗和小體積的特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話具備矩距離無線通信的能力時(shí)，藍(lán)牙是首選的，而且是唯一的。目前已有一些移動(dòng)電話公司推出了藍(lán)牙手機(jī)產(chǎn)品，如愛立信的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(jī)仍不具有藍(lán)牙功能。通過在普通手機(jī)的音頻接口上加裝一個(gè)藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)，就可實(shí)現(xiàn)普通手機(jī)的藍(lán)牙功能，與藍(lán)牙無線耳麥進(jìn)行短距離無線通信。
所實(shí)現(xiàn)的音頻網(wǎng)關(guān)符合藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范PATR K：6中的耳麥應(yīng)用規(guī)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(shè)計(jì)利用CSR提供的BlueCore01b藍(lán)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(nèi)存管理單元等部分組成，BlueCore0b是一個(gè)完整的單片系統(tǒng)，只要與內(nèi)含藍(lán)牙軟件棧配合，即可向數(shù)據(jù)和語音設(shè)備提供全兼容的藍(lán)牙接口。因此，實(shí)現(xiàn)音頻網(wǎng)關(guān)的硬件電路相當(dāng)簡單。它主要包括以下幾部分：藍(lán)牙芯片、外部內(nèi)存、音頻編/解碼器（CODEC）、鍵盤/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/顯示部分主要用于輸入設(shè)備的識(shí)別碼（PIN碼）、發(fā)送AT命令、音頻控制等操作及相應(yīng)的狀態(tài)顯示。在外部內(nèi)存中包含有CSR藍(lán)牙軟件棧及用戶應(yīng)用程序。
3 音頻網(wǎng)關(guān)軟件
有了相應(yīng)的硬件平臺(tái)以后，功能的完成主要通過軟件實(shí)現(xiàn)。音頻網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)是基于BlueStack協(xié)議棧來完成的。下面詳細(xì)討論音頻網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)。
3.1 軟件的組成
如圖3所示，音頻網(wǎng)關(guān)軟件為三層結(jié)構(gòu)。
（1）BlueStack協(xié)議棧
BlueStack是劍橋咨詢有限公司（CCL）的藍(lán)牙協(xié)議軟件棧，是用C語言實(shí)現(xiàn)的Bluetooth高層協(xié)議棧軟件。它遵循由藍(lán)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(guī)范�；贐lueStack協(xié)議棧，可實(shí)現(xiàn)Bluetooth的所有功能。音頻網(wǎng)關(guān)就是基于BlueStack實(shí)現(xiàn)的。
（2）AG客戶機(jī)程序
這是AG軟件的最高層，主要進(jìn)行設(shè)備的查詢、配對、連接等的請求；PIO事件的處理；識(shí)別碼輸入、音量控制、送AT命令及狀態(tài)顯示；啟動(dòng)調(diào)度程序等。這一層的程序由用戶根據(jù)不同的應(yīng)用來編制。
（3）連接管理器程序
這是AG軟件的中間層，也由用戶編制。引入連接管理器，主要是為了減少高層應(yīng)用程序的指令數(shù)量，為高層應(yīng)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(jié)果，進(jìn)行相應(yīng)處理后，通知高層應(yīng)用程序級。
3.2 消息及處理機(jī)制
（1）消息
整個(gè)協(xié)議棧的Bluestack實(shí)現(xiàn)是消息驅(qū)動(dòng)的，因此層與層之間使用消息傳遞方法。從圖3的結(jié)構(gòu)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(yīng)用程序中，涉及到兩大類消息：CM消息和BlueStack消息。前者在客戶機(jī)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)原語后加上擴(kuò)展名_REQ、_IND、_RES（or _RSP）和_CFM，分別表明原語是一個(gè)服務(wù)請求、指示、響應(yīng)還是證實(shí)。CM消息格式為CM_原語_擴(kuò)展名，如SCO連接請求消息為CM_SCO_CONNECT_REQ。BlueStack原語類型有四種：DM_PRIM、RFC_PRIM、SDP_PRIM及L2CAP_PRIM。在AG應(yīng)用中，用到前三種。BlueStack消息格式為DM（RFC、SDC或SDS）_原語_擴(kuò)展名，如SCO連接請求消息為DM_SCO_CONNECT_REQ。
（2）消息傳遞
各應(yīng)用層之間的消息傳遞通過消息隊(duì)列來完成。消息的處理是通過某項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行的。第一個(gè)任務(wù)都有一個(gè)消息隊(duì)列，消息被提交給所屬某一任務(wù)的消息隊(duì)列。實(shí)現(xiàn)任務(wù)和消息隊(duì)列之間的捆綁是靜態(tài)的。消息隊(duì)列n，歸屬于任務(wù)n。在此AG應(yīng)用中，我們定義了兩個(gè)任務(wù)：一是AG任務(wù)，任務(wù)號(hào)為1，隊(duì)列號(hào)也為1；另一是CM任務(wù)，任務(wù)號(hào)為0，隊(duì)列號(hào)也為0。因此，AG客戶機(jī)將所要傳遞給CM的消息提交到隊(duì)列0中，而CM傳遞給AG客戶機(jī)的消息送入隊(duì)列1中。
在軟件中，一個(gè)服務(wù)原語是一個(gè)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)名一般采用原語_T。結(jié)構(gòu)成員包括這些原語的類型及相關(guān)的載荷數(shù)據(jù)，如CM的查詢請求服務(wù)結(jié)構(gòu)定義如下：
在軟件中，一個(gè)服務(wù)原語是一個(gè)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)名一般采用原語_T。結(jié)構(gòu)成員包括這些原語的類型及相關(guān)的載荷數(shù)據(jù)，如CM的查詢請求服務(wù)結(jié)構(gòu)定義如下：
typedef struct{
uint8 max_response; //可被接收的最大查詢響應(yīng)數(shù)
Delay inq_timeout; //用戶提供的查詢處理超時(shí)時(shí)長
uint32 class_of_device； //設(shè)備類型
uint16 remote_name_request_enabled; //標(biāo)志位指示是否完成遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)的指針，將消息送入隊(duì)列用MessagePut函數(shù)來完成。
*AG客戶機(jī)
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(duì)列中的消息，由相應(yīng)的任務(wù)來完成，調(diào)度程序運(yùn)行消息隊(duì)列不為空的任務(wù)。在應(yīng)用程序中，任務(wù)用宏定義“DECLARE_TASK”來聲明，用參數(shù)來標(biāo)識(shí)某個(gè)任務(wù)。參數(shù)必須為整數(shù)，表示其任務(wù)號(hào)。分別在AG客戶機(jī)程序和CM中聲明任務(wù)1和任務(wù)0。程序結(jié)構(gòu)如下：
*AG客戶機(jī)程序中的任務(wù)1：處理來自CM的消息DECLARE_TASK（1）
{
void *msg;
MessageType type;
/*取出隊(duì)列中的消息，其中的參數(shù)必須與DECLARE_TASK中的一致*/
msg=Messa
geGet(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：處理來自AG客戶機(jī)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(diào)度
整個(gè)應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)是事件驅(qū)動(dòng)的。在AG應(yīng)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(duì)列中的消息處理均由調(diào)度程序來執(zhí)行。調(diào)度程序由高層應(yīng)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(diào)度程序的流程。
4 結(jié)論
本文提出的音頻網(wǎng)關(guān)，通過普通手機(jī)的音頻口進(jìn)行連接。經(jīng)測試，可與市售的藍(lán)牙耳麥及自行研制的藍(lán)牙耳麥進(jìn)行配對、通話。操作過程如下。①當(dāng)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(nèi)已經(jīng)存儲(chǔ)有識(shí)別碼（PINcode），則開始查詢耳麥與之配對；如果無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(dāng)配對成功后，AG即進(jìn)入可連接模式（作為子設(shè)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(shè)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。
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