藍牙技術在音頻網關中的應用

藍牙技術在音頻網關中的應用

摘要：給出一種基于CSR的BlueCore01b藍牙單片機和BlueStack高級協議棧的音頻網關的實現方法。所開發的音頻網關能通過普通手機的音頻接口與藍牙耳麥進行無線連接。

    關鍵詞：音頻網關（AG） 藍牙 Bluestack協議棧 耳麥

藍牙是一種近距離無線通信技術規范，用來描述和規定各種電子信息產品相互之間是如何用短距離無線電系統進行連接的。藍牙技術的主要用途是取代電纜。由于藍牙具有比802.11b、HomeRF、紅外等無線技術高得多的性能價格比，藍牙技術應用具有非常廣闊的前景。

目前已有不少公司生產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。利用這些芯片可進一步方便地進行藍牙產品的開發、同時，也有許多公司還開發出了高層協議棧及相應的API。開發者基于這些高級協議棧，可不必對藍牙技術作深入的研究就可以方便地開發基于藍牙的應用。本文討論一個基于CSR的BlueCore01b芯片和CCL的BlueStack協議棧的嵌入式音頻網關的實現實例。
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1 音頻網關的應用

由于藍牙的低功耗和小體積的特點，在實現移動電話具備矩距離無線通信的能力時，藍牙是首選的，而且是唯一的。目前已有一些移動電話公司推出了藍牙手機產品，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；但大部分手機仍不具有藍牙功能。通過在普通手機的音頻接口上加裝一個藍牙音頻網關，就可實現普通手機的藍牙功能，與藍牙無線耳麥進行短距離無線通信。

所實現的音頻網關符合藍牙技術規范PATR K：6中的耳麥應用規范。音頻網關（AG）既用作輸入也用作輸出。AG可與耳麥建立一個RFCOMM連接，向耳麥發送AT命令。AG和耳麥之間也可建立SCO連接，進行音頻傳輸。

2 音頻網關硬件電路

音頻網關的電路設計利用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、射頻發射器、射頻合成器、物理層DSP硬件引擎、猝發狀態控制器、微處理器、內存管理單元等部分組成，BlueCore0b是一個完整的單片系統，只要與內含藍牙軟件棧配合，即可向數據和語音設備提供全兼容的藍牙接口。因此，實現音頻網關的硬件電路相當簡單。它主要包括以下幾部分：藍牙芯片、外部內存、音頻編/解碼器（CODEC）、鍵盤/顯示。嵌入式音頻網關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備的識別碼（PIN碼）、發送AT命令、音頻控制等操作及相應的狀態顯示。在外部內存中包含有CSR藍牙軟件棧及用戶應用程序。

3 音頻網關軟件

有了相應的硬件平臺以后，功能的完成主要通過軟件實現。音頻網關應用程序的實現是基于BlueStack協議棧來完成的。下面詳細討論音頻網關的實現。

3.1 軟件的組成

如圖3所示，音頻網關軟件為三層結構。

（1）BlueStack協議棧

BlueStack是劍橋咨詢有限公司（CCL）的藍牙協議軟件棧，是用C語言實現的Bluetooth高層協議棧軟件。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二進制作為傳輸協議層規范。基于BlueStack協議棧，可實現Bluetooth的所有功能。音頻網關就是基于BlueStack實現的。

（2）AG客戶機程序

這是AG軟件的最高層，主要進行設備的查詢、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命令及狀態顯示；啟動調度程序等。這一層的程序由用戶根據不同的應用來編制。

（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用程序的指令數量，為高層應用程序和低層協議棧之間提供一個通用接口。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

整個協議棧的Bluestack實現是消息驅動的，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系。在嵌入式音頻網關應用程序中，涉及到兩大類消息：CM消息和BlueStack消息。前者在客戶機和連接管理器之間進行傳遞，如圖4所示為消息傳遞示意圖；后者為連接管理器和BlueStack協議棧之間傳遞的消息。

消息使用服務原始模型。一般地，在服務原語后加上擴展名_REQ、_IND、_RES（or _RSP）和_CFM，分別表明原語是一個服務請求、指示、響應還是證實。CM消息格式為CM_原語_擴展名，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應用中，用到前三種。BlueStack消息格式為DM（RFC、SDC或SDS）_原語_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消息隊列來完成。消息的處理是通過某項任務進行的。第一個任務都有一個消息隊列，消息被提交給所屬某一任務的消息隊列。實現任務和消息隊列之間的捆綁是靜態的。消息隊列n，歸屬于任務n。在此AG應用中，我們定義了兩個任務：一是AG任務，任務號為1，隊列號也為1；另一是CM任務，任務號為0，隊列號也為0。因此，AG客戶機將所要傳遞給CM的消息提交到隊列0中，而CM傳遞給AG客戶機的消息送入隊列1中。

在軟件中，一個服務原語是一個結構。結構名一般采用原語_T。結構成員包括這些原語的類型及相關的載荷數據，如CM的查詢請求服務結構定義如下：

在軟件中，一個服務原語是一個結構。結構名一般采用原語_T。結構成員包括這些原語的類型及相關的載荷數據，如CM的查詢請求服務結構定義如下：

typedef struct{

uint8 max_response; //可被接收的最大查詢響應數

Delay inq_timeout; //用戶提供的查詢處理超時時長

uint32 class_of_device； //設備類型

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函數來完成。

*AG客戶機

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，由相應的任務來完成，調度程序運行消息隊列不為空的任務。在應用程序中，任務用宏定義“DECLARE_TASK”來聲明，用參數來標識某個任務。參數必須為整數，表示其任務號。分別在AG客戶機程序和CM中聲明任務1和任務0。程序結構如下：

*AG客戶機程序中的任務1：處理來自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=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0：處理來自AG客戶機的消息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

整個應用程序的實現是事件驅動的。在AG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執行。調度程序由高層應用程序啟動，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

本文提出的音頻網關，通過普通手機的音頻口進行連接。經測試，可與市售的藍牙耳麥及自行研制的藍牙耳麥進行配對、通話。操作過程如下。①當AG啟動時，若AG原先已經配對，則直接進入連接模式。②若原先未配對，有兩種情況：如果AG內已經存儲有識別碼（PINcode），則開始查詢耳麥與之配對；如果無PIN碼，則進入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，耳麥可與之連接。AG也可作為主設備連接耳麥。此時，AG與耳麥建立一個RFCOMM連接，AG可發送AT命令給耳麥。AG和HS之間也可建立SCO連接，進行音頻傳輸。

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