基于S3C4480X的藍牙音頻網(wǎng)關(guān)(AG)系統(tǒng)

　　本文設(shè)計了一種基于S3C4480X的藍牙音頻網(wǎng)關(guān)(AG)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)與藍牙耳機之間的點對點連接，以建立一個音頻連接，從

　　而實現(xiàn)兩者之間的配對與語音數(shù)據(jù)傳輸。

　　1藍牙體系結(jié)構(gòu)

　　藍牙無線通信協(xié)議標準包括核心協(xié)議和應(yīng)用框架兩大部分。藍牙協(xié)議標準的目的是在遵循規(guī)范應(yīng)用的情況下能夠進行相互間的操作，為了實現(xiàn)相互間的操作，在遠程設(shè)備上的對應(yīng)應(yīng)用程序必須以同一協(xié)議棧運行。藍牙協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)可分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、中間協(xié)議層和應(yīng)用層，圖1所示是藍牙系統(tǒng)協(xié)議棧的系統(tǒng)組成框圖。藍牙的核心協(xié)議包括4部分，即基帶、鏈路管理、邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議(L2CAP)、業(yè)務(wù)搜尋協(xié)議(SDP)等。其中L2CAP負責建立邏輯鏈路連接，提供協(xié)議復用、高層與底層間數(shù)據(jù)分組的分段與重組等任務(wù)。SDP可提供服務(wù)搜索和服務(wù)瀏覽功能，負責藍牙設(shè)備間服務(wù)的查詢和訪問。

　　藍牙主機控制接口(HCl)可為基帶控制器、連接控制器、硬件狀態(tài)、控制寄存器提供命令接口，并可在藍牙設(shè)備的主機和基帶之間提供一個通用接口。HCI層以上的協(xié)議在主機上運行，而以下的協(xié)議由藍牙主機控制器硬件來完成。這樣既可保證底層協(xié)議傳輸?shù)姆€(wěn)定性，又支持了上層應(yīng)用協(xié)議的可擴展性。

　　2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與設(shè)計

　　本文選用三星公司的32位內(nèi)核ARM7TDMIS3C44BOX為處理器，并通過藍牙模塊、音頻編/解碼器(CODEC)、以太網(wǎng)接口等來構(gòu)建系統(tǒng)硬件平臺。本系統(tǒng)基于藍牙BlueStack協(xié)議棧，可以實現(xiàn)藍牙的所有功能，藍牙音頻網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)就是基于BlueStack實現(xiàn)的。S3C44BOX 與RTL8019用于開發(fā)10Mbps的以太網(wǎng)接口，可使系統(tǒng)連通以太網(wǎng)，并通過以太網(wǎng)進行操作。圖2為其系統(tǒng)構(gòu)成框圖。

　　2.1 藍牙模塊ROKl01008的結(jié)構(gòu)特點

　　本系統(tǒng)選用ERICSSON公司的ROKl0l008模塊，該藍牙模塊集成度高，功耗小，可提供高至控制接口HCI層的功能，并具有UART、I2C和PCMCIA三種主機控制接口，可方便地與主機進行藍牙語音和數(shù)據(jù)的傳輸。ROKl0l008支持藍牙規(guī)范v1.OB，其接收器的最大輸入電平為+13 dBm，動態(tài)范圍較廣，能確保發(fā)送器可靠的通信，其輸出功率可達Class2，UART最大數(shù)據(jù)流為460 kbps。同時ROKl01008可支持語音和數(shù)據(jù)傳輸功能，能夠?qū)崿F(xiàn)點對點的連接。

　　ROKl01008模塊的組成如圖3所示。該模塊內(nèi)部帶有無線收發(fā)器、基帶控制器、閃存、電源管理和時鐘五個模塊。其中無線收發(fā)模塊由藍牙收發(fā)器和天線組成。其功能是為網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備提供無線通道?；鶐Э刂破骺赏瓿深l率的合成，同時完成基帶模塊的數(shù)據(jù)比特信號到無線電信號的轉(zhuǎn)換過濾，并將無線電信號以一定的功率和跳頻頻率發(fā)送出去。ROKOl008的工作頻段在2.4 GHz～2.5 GHz ISM之間，有79個信道，每個信道l MHz。

　　2.2 藍牙音頻網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)

　　藍牙音頻網(wǎng)關(guān)的硬件包括藍牙芯片和音頻編/解碼器(CODEC)。嵌入式藍牙音頻網(wǎng)關(guān)電路主要用于提供音頻輸入/輸出接口，并建立音頻連接。圖 4為藍牙音頻網(wǎng)關(guān)的硬件電路。藍牙模塊電壓為+3.3 V。利用藍牙模塊的UART與單片機S3C44BOX的UART進行相互連接?？蓸?gòu)成通信通道。而S3C44BOX也可與PC機通過UART接口進行通信并互操作。CODEC負責音頻的輸入輸出。

　　3 藍牙音頻網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計

　　藍牙音頻網(wǎng)關(guān)的實現(xiàn)主要基于Bluestack協(xié)議棧來完成，音頻網(wǎng)關(guān)軟件分為三層機構(gòu)，即BlueStack協(xié)議棧、AG客戶機程序和連接管理器。

　　BlueStack是劍橋咨詢有限公司的藍牙協(xié)議軟件棧，可用C語言實現(xiàn)。它遵循藍牙特殊興趣小組提出的分層模型，可支持邏輯鏈路控制并適配協(xié)議上使用串口仿真協(xié)議或二進制電話控制協(xié)議，并將其作為傳輸協(xié)議的規(guī)范層?；贐lueStack協(xié)議?？蓪崿F(xiàn)Bluetooth的所有功能。

　　整個BlueStack的協(xié)議棧實現(xiàn)采用消息驅(qū)動，層與層之間使用消息隊列傳遞。在嵌入式藍牙音頻網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序中，一般會涉及兩大類消息：CM 消息和BlueStack消息。CM消息可在客戶機和連接管理器之間進行傳遞，而BlueStack消息則在BlueStack協(xié)議棧之間傳遞。 BlueStack原語類型有DM PRIM、RFC_PRIM、SDP_PRIM 及L2CAP_PRIM四種，在AG應(yīng)用中，一般會用到前三種。BlueStack消息格式為DM (RFC、SDC或SDS)_原語_擴展名。

　　AG應(yīng)用中通常會定義兩個任務(wù)，一個是CM任務(wù)，任務(wù)號與隊列號為O;另一個是AG任務(wù)，任務(wù)號與隊列號為1。AG客戶機將所要傳遞給CM的消息提交給隊列l(wèi)，CM則將要傳遞給AG的消息提交給隊列0。

　　應(yīng)用程序應(yīng)為ARM與藍牙之間提供通信接口，主要是在主機間建立兩個L2CAP信道(控制信道與數(shù)據(jù)信道)。初始化時，藍牙模塊應(yīng)被喚醒，并進行寫數(shù)據(jù)操作(隊列形式)，然后通過請求建立連接。當AG客戶機發(fā)出請求信號時，如果CM有回應(yīng)，說明可以建立連接。數(shù)據(jù)收發(fā)過程中，數(shù)據(jù)要進行封裝/解封、分類等操作。圖5所示為藍牙數(shù)據(jù)收發(fā)過程的軟件流程圖。

　　4 結(jié)束語

　　S3C44BOX內(nèi)核的功能強大，并可實現(xiàn)操作系統(tǒng)的內(nèi)嵌，因而可通過單片機系統(tǒng)構(gòu)建嵌入式操作系統(tǒng)平臺。本文在ARM平臺的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于S3C44BOX的藍牙音頻網(wǎng)關(guān)。經(jīng)測試，該網(wǎng)關(guān)可實現(xiàn)藍牙耳機的接入，并成功實現(xiàn)配對與語音數(shù)據(jù)傳輸。藍牙耳機與音頻網(wǎng)關(guān)在進行相互操作前，需要建立配對連接，也就是說，這種連接是要通過藍牙鑒權(quán)和綁定來實現(xiàn)的。而這種關(guān)系一旦建立，之后就不用再執(zhí)行此操作了。