蓝牙无线耳机设计及VxWorks移植方法

蓝牙耳机是一种无线语音传输技术，是基于耳机在无线技术方面的延伸。它是相配于蓝牙技术而进入多媒体个人区域网络的。随着蓝牙技术的日趋完善和蓝牙产品市场占有率逐渐提升，蓝牙耳机在技术上也将不断得到改进，使之成为个人多媒体区域网络的主要配套产品。蓝牙耳机的应用范围除了手机以外，PDA、无绳电话应用、汽车免提工具、电话终端等，也是蓝牙耳机发挥技术优势的应用领域。本文设计的蓝牙耳机支持蓝牙规范1．2版本，传输距离达10 m，传输速率达723．2 kb／s，并且具有低功耗和(几乎)无辐射等技术优点和优势。

　　1 蓝牙技术

　　蓝牙作为一种低成本、短距离的无线连接技术标准，是由Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba五家公司共同倡导的一种全球无线技术标准，是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范。它以低成本的短距离无线连接为基础，为固定设备与移动设备通信环境建立一个特别连接。其实质是建立通用的无线空中接口及其控制软件的公开标准，实现设备问的电缆替代。

　　蓝牙技术规范包括协议和应用规范两个部分。协议定义了各功能元素各自的工作方式，整个蓝牙协议体系结构分为4层，即核心协议层、线缆替代协议层、电话控制协议层和采纳的其他协议层；应用规范则阐述了为了实现一个特定的应用模型，各层协议间的运转协同机制。较典型的应用规范有拨号网络、耳机(headset)、局域网访问和文件传输等。蓝牙耳机的协议栈原理如图1所示。

2 硬件设计

　　硬件电路信号处理与控制部分采用Zeevo公司的基于ARM7的音频处理器ZV4301。ZV4301处理器是在一个单芯片收发器上加入一个集成RF、数字信号处理、通信处理和运算及控制处理功能的48 MHz APM7微处理器，片外扩展闪存，以实现需要技术和高度最佳化的音频处理。


　　编解码芯片采用飞利浦公司的UDAl380音频芯片。UDAl380是一颗专为便携式产品所设计的单芯片立体声音频编解码器，可以提供立即可用的先进音频功能。这颗音频编解码器具有24位数据路径、多重时钟支持、DC偏移消除、支持多重数据格式以及数字静音检测等集成功能。本设计中，UDAl380利用与微控器接口作音控处理．并利用L3接口来控制音量。

　　3 I2S总线

　　本设计在硬件电路上使用基于I2S总线的音频系统体系结构。I2S(Inter-IC Sound bus)是飞利浦公司提出的串行数字音频总线协议。

　　I2S总线只处理声音数据，其他信号(如控制信号)必须单独传输。为了使芯片的引脚尽可能少，I2S只使用了三根串行总线。这三根线分别是：提供分时复用功能的数据线(SD)、字段选择线(声道选择WS)、时钟信号线(SCK)。

　　此设计中采用电源统一供电，ZV4301作为主设备，UDAl380作为从设备。ZV4301使用3个通用I／O口来模拟I2S总线。其读写I2S总线的数据主要包括以下几个函数；

　　word_selection()； ／／字选择函数
serial_clock()； ／／时钟信号函数
serial_data()； ／／ 串行数据函数
shift_register()； ／／寄存器移位函数

4 软件设计

　　VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统。良好的持续发展能力、支持多种硬件环境、高性能的内核以及友好的用户开发环境，使之成为所有独立于处理器实时系统中最具特色的操作系统。

　　在该设计中，软件协议全部下载到蓝牙设备内核处理器的外置闪存中，操作通过人机接口控制。基于VxWorks的软件编写工作主要包括：BSP包的改动、程序的编写和操作系统的裁减。由于VxWorks的高度灵活性，可以很容易地对这一操作系统进行定制或作适当开发，来满足系统的实际应用需要。BSP包的改动指根据目标硬件实际配置修改系统的配置参数宏(MAC-RO)，主要修改config．h、makefile．h、bspname．h文件。

程序编写函数主要包括以下7个。

　　(1)系统引导函数

　　VxWorks操作系统在一些板级系统初始化后自动执行tUsrRoot()函数，以完成初始化。

　　tUsrRoot()
…… ／／必要初始化程序
vInitializeLmp()； ／／LMP初始化完成
vInitializeL2cap()； ／／L2CAP初始化完成
vInitializeSdp()； ／／SDP初始化完成
vInitializeRf()； ／／RFCOMM初始化完成
vInitializeHA()； ／／HeadsetApplication初始化完成
exit()； ／／退出

　　(2)系统初始化函数(以L2CAP为例)


　　typedet
{MSG_IDSdpToL2cap；
MSG_ID L2capToSdp；
MSG_ID RfToL2cap；
MSG_ID L2capToRf；
MSG_lD HAToSdp；
MSG_ID SdpToHA；
MSG_ID HAToRf；
MSG_ID RfToHA；
}MSG_QUEUE_ID／／定义消息队列1D结构体类型
MSG_QUEUE_ID MsgQueueld； ／／定义全局消息队列ID结构体，用于存放每个消息队列的ID
vInitlalizeL2caD()；／／L2CAP初始化，包括初始化全局变量、创建定时器、创建消息
／／队列、创建并启动任务

　　(3)LMP软件设计

　　基带程序运行在蓝牙芯片的信号处理单元中，而LMP程序运行在蓝牙芯片的微处理器中，它们通过邮箱来交换信息。只要任何一方向邮箱发送了信息，邮箱就会产生中断信号，另外一方可以在中断服务程序中进行信息读取和处理。其处理函数为；

　　vLmpDealFromBB()
／／处理来自BaseBand层的消息以建立连接，对来自BaseBand层
／／的操作码
决定接受与否，并进行鉴权、加密、处理或断开等操作

　　(4)L2CAP软件的设计

　　tL2capDealMsgFromSdp()
／／处理来自SDP层的消息SdpToL2eap，生成L2CAP数据包，把数据传BaseBand层
tL2capDealMsgFromRf()
／／处理来自RFCOMM层的消息RfToL2cap，生成L2CAP数据包，把数据传BaseBand层
vL2capDealMsgFromBB()
／／处理来自BaseBand层的消息，在处理器邮箱中断程序被调用

　　(5)SDP软件的设计

　　tSdpDealMsgFromL2cap()
／／处理来自L2CAP的消息L2capToSdp，并上报搜索到的服务的属性
tSdpDealMsgFromHA()
／／处理来自HeadsetApplieation的消息HAToSdp，对上报信息进行应答

　　(6)RFOOMM软件的设计

　　tRfDealMsgFromHA()
／／处理来自HeadsetApplication的消息HAToRf，生成RFCOMM数据包，传送给L2CAP
tRfDealMsgFromL2cap()
／／处理来自L2CAP的消息L2capToRf，对不同的帧进行处理

　　(7)HeadsetApplication软件的设计

　　tHADealMsgFronaSdp()
／／处理来自SDP的消息SdpToHA，判断是否正常并处理
tHADeaIMsgFromRf()
／／处理来自RFCMM的消息RfToHA，对AT命令及其应答作出处理