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藍牙技術在音頻網(wǎng)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(xié)議棧的音頻網(wǎng)關的實現(xiàn)方法。所開發(fā)的音頻網(wǎng)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(wǎng)關（AG） 藍牙 Bluestack協(xié)議棧 耳麥
藍牙是一種近距離無線通信技術規(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(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。利用這些芯片可進一步方便地進行藍牙產(chǎn)品的開發(fā)、同時，也有許多公司還開發(fā)出了高層協(xié)議棧及相應的API。開發(fā)者基于這些高級協(xié)議棧，可不必對藍牙技術作深入的研究就可以方便地開發(fā)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(xié)議棧的嵌入式音頻網(wǎng)關的實現(xiàn)實例。
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1 音頻網(wǎng)關的應用
由于藍牙的低功耗和小體積的特點，在實現(xiàn)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(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(wǎng)關，就可實現(xiàn)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(xiàn)的音頻網(wǎng)關符合藍牙技術規(guī)范PATR K：6中的耳麥應用規(guī)范。音頻網(wǎng)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(fā)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(wǎng)關硬件電路
音頻網(wǎng)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(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是一個完整的單片系統(tǒng)，只要與內(nèi)含藍牙軟件棧配合，即可向數(shù)據(jù)和語音設備提供全兼容的藍牙接口。因此，實現(xiàn)音頻網(wǎng)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(nèi)存、音頻編/解碼器（CODEC）、鍵盤/顯示。嵌入式音頻網(wǎng)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(fā)送AT命令、音頻控制等操作及相應的狀態(tài)顯示。在外部內(nèi)存中包含有CSR藍牙軟件棧及用戶應用程序。
3 音頻網(wǎng)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(xiàn)。音頻網(wǎng)關應用程序的實現(xiàn)是基于BlueStack協(xié)議棧來完成的。下面詳細討論音頻網(wǎng)關的實現(xiàn)。
3.1 軟件的組成
如圖3所示，音頻網(wǎng)關軟件為三層結(jié)構(gòu)。
（1）BlueStack協(xié)議棧
BlueStack是劍橋咨詢有限公司（CCL）的藍牙協(xié)議軟件棧，是用C語言實現(xiàn)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二進制作為傳輸協(xié)議層規(guī)范�；贐lueStack協(xié)議棧，可實現(xiàn)Bluetooth的所有功能。音頻網(wǎng)關就是基于BlueStack實現(xiàn)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(tài)顯示；啟動調(diào)度程序等。這一層的程序由用戶根據(jù)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(shù)量，為高層應用程序和低層協(xié)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(jié)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(xié)議棧的Bluestack實現(xiàn)是消息驅(qū)動的，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系。在嵌入式音頻網(wǎng)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(xié)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(xiàn)任務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(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的載荷數(shù)據(jù)，如CM的查詢請求服務結(jié)構(gòu)定義如下：
在軟件中，一個服務原語是一個結(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的載荷數(shù)據(jù)，如CM的查詢請求服務結(jié)構(gòu)定義如下：
typedef struct{
uint8 max_response; //可被接收的最大查詢響應數(shù)
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(chuàng)建該消息，msg為該消息結(jié)構(gòu)的指針，將消息送入隊列用MessagePut函數(shù)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(diào)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(shù)來標識某個任務。參數(shù)必須為整數(shù)，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(jié)構(gòu)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(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(diào)度
整個應用程序的實現(xiàn)是事件驅(qū)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(diào)度程序來執(zhí)行。調(diào)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(diào)度程序的流程。
4 結(jié)論
本文提出的音頻網(wǎng)關，通過普通手機的音頻口進行連接。經(jīng)測試，可與市售的藍牙耳麥及自行研制的藍牙耳麥進行配對、通話。操作過程如下。①當AG啟動時，若AG原先已經(jīng)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(nèi)已經(jīng)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(tài)，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(fā)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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