CSR藍牙耳機方案開發(fā)

藍牙耳機提供了一個安全及無繩的途徑來發(fā)送和接收呼叫并進行語音傳輸。尤其當用戶不方便手持手機時，這種方式顯得尤為方便。藍牙耳機的使用者可以在能保持連接的范圍內自由移動，并可與多種設備進行通信，得到廣泛應用。

本文在CSR Blue Core5Multi2MediaExternal(CSRBC52MME)嵌入式系統(tǒng)基礎上，進行藍牙耳機的設計研究與實現。CSR公司是全球領先的藍牙技術供應商，其Blue Core5嵌入式平臺擁有高性能的片上DSP，是惟一能夠支持第三方音頻增強軟件的藍牙平臺，可提供卓越的聲音質量，以及同類最佳的信噪比，達到-90dB，且其在功耗及無線電設計方面居行業(yè)領先地位，是目前耳機產品的首選開發(fā)平臺。通過ISM頻段的2.4GHz短距離射頻無線通信技術，利用短距離、低成本的無線連接替代電纜連接，藍牙技術為現存的數據網絡和小型的外圍設備接口提供了統(tǒng)一的連接。藍牙耳機遵循了藍牙SIG組織定義的藍牙耳機規(guī)范和免提規(guī)范，實現了耳機與音頻網關之間的無線通信。

一、藍牙耳機硬件平臺簡介

該系統(tǒng)設計是單聲道雙麥克風降噪處理的中高端藍牙耳機產品，具有單獨的電源開關，1個多功能按鍵及1個3色LED燈，采用CSR公司具有外接FLASH存儲器的Blue Core5Multimedia的芯片，使用CSR Blue Lab耳機軟件開發(fā)系統(tǒng)，支持集成式語音合成，即文語轉換(TTS)功能，以及語音識別功能，在功能上具有高度可定制性和靈活性，可有不同的封裝方式供選擇，有專用DSP音頻消噪處理器及豐富的外設接口如I2C，USB，UART，PCM/I2S/SPDIF等接口，藍牙耳機硬件模塊框圖如圖1所示。該BC52MME平臺的主要特點：

(1)16b的MCU具有100MHz速度，可最大支持32Mb外部FLASH，48kB內部RAM。(2)超低功耗Kalimba DSP協(xié)處理器，64MIPS，可集成第三方軟件，提供消噪等高質量的音頻處理。(3)雙通道的16bADC及DAC處理，支持雙MIC和雙SPK，可實現立體聲音頻。(4)具有豐富接口如UART，USB，SPI，PCM，I2S/SPDIF，可實現與外部設備連接通信。(5)有2個專用的LED接口，可實現淡入淡出的閃爍效果。

二、藍牙耳機的軟件平臺

藍牙耳機軟件是以CSR提供的Blue Core嵌入式開發(fā)環(huán)境Blue Lab軟件平臺為基礎進行設計和自主開發(fā)。Blue Lab軟件平臺是CSR公司為其高端芯片配合開發(fā)的軟件開發(fā)工具，內容包括該平臺的相關開發(fā)工具和藍牙協(xié)議庫及部分源碼。該設計利用CSR提供的軟件平臺進行定制開發(fā)藍牙耳機產品。藍牙耳機軟件可分為藍牙協(xié)議體系部分和藍牙耳機規(guī)范應用兩部分。

2.1藍牙耳機協(xié)議棧

如圖2所示藍牙協(xié)議體系可以分為4層，包括核心協(xié)議層、替代電纜協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和選用協(xié)議層，每一層還有一些具體的協(xié)議：

(1)核心協(xié)議:基帶、鏈路管理協(xié)議(LMP)、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP)、服務發(fā)現協(xié)議(SDP)；(2)替代電纜協(xié)議:串行電路仿真協(xié)議(RFCOMM)；(3)電話控制協(xié)議:二元電話控制規(guī)范(TCSBi2nary)與AT2命令(AT2Command)；(4)選用協(xié)議:點到點協(xié)議(PPP)、目標交換協(xié)議(OBEX)等。主機控制器接口(HCI)提供了訪問基帶控制器、鏈路控制器以及硬件狀態(tài)和控制寄存器等的命令接口。在圖2中，HCI層位于L2CAP之下。

2.2藍牙耳機規(guī)范

藍牙耳機軟件中的應用規(guī)范有耳機剖面協(xié)議(HSP)、免提剖面協(xié)議(HFP)、高級音頻剖面協(xié)議(A2DP)、音視頻遠端控制剖面協(xié)議(AVRCP)等。目前，耳機剖面協(xié)議和免提剖面協(xié)議是藍牙耳機中必須支持的內容；而高端立體聲藍牙耳機會增加支持音頻剖面協(xié)議和音視頻遠端控制剖面協(xié)議等。

三、藍牙耳機軟件設計與實現

3.1Blue Core任務架構及消息流程

在Blue Core嵌入式開發(fā)環(huán)境下，一方面可配置相應的項目編譯及開發(fā)環(huán)境，方便軟件調試；另一方面可利用藍牙協(xié)議庫及部分源碼，即Blue Core的Firmware固件和部分藍牙協(xié)議文件，如圖3所示。基于嵌入式的軟件分層結構，只需專注于應用剖面的開發(fā)與實現。在圖3中:

(1) Task:每個 Task對應1個任務，其相應于1個基本塊，多個塊組成1個應用，每個任務都完成了應用和Blue Core firm ware的接口連接，負責相應的功能。每個任務都有1個消息處理函數和相應的任務狀態(tài)結構。所有的任務都是在單個進程中運行，不允許多個任務并行處理。

(2)Message消息:消息是完成任務間的信息傳遞，其參數形式及含義如: Task t:識別消息的目的地址，也就是接收任務的指針；Message Id id:消息的標簽，任務接收消息時用于識別并調用相應的功能函數；Message pay load:消息的載荷應該包括要求的狀態(tài)數據，這樣處理函數能夠正確處理。在消息送達后載荷的內存要釋放。載荷內容是可選，可以置Null。在消息發(fā)送后，所有的消息都要進入消息FIFO隊列進行排隊轉發(fā)處理。Message Loop函數控制了主調度循環(huán)并處理派發(fā)任務消息；每次調度都檢查隊列中的第一個消息并派發(fā)到相應的任務，其調用位置在第3.3節(jié)中偽代碼部分所示。

3.2MMI設計與任務設計

藍牙耳機軟件是基于Blue Core嵌入式軟件層次架構和消息機制，根據人機接口(man machine interface，MMI)的要求進行軟件應用設計與實現。藍牙耳機的人機接口MMI設計與其產品的定位和產品的復雜程度有關。本文所設計的藍牙耳機支持耳機剖面協(xié)議，免提剖面協(xié)議，實現語音通話的功能，并完成產品的兼容性測試。MMI的設計主要包括:按鍵功能、LED指示、聲音提示及藍牙狀態(tài)操作流程4部分。根據MMI的設計要求，分為:I/O輸入管理任務(io in Task)、I/O輸出管理任務(io out  Task)、藍牙剖面管理任務(prof  Task)、耳機剖面管理任務(hshf Task)、音頻驅動管理任務(audio Task)及電池電量管理任務(batt Task)6個應用任務。

(1)I/O輸入管理任務：①初始化任務，申請該任務內存并初始化變量及該任務的消息處理函數；②初始化配置輸入I/O口，根據I/O輸入口屬性的表格初始化；③初始化I/O輸入事件，根據事件列表初始化；④管理并發(fā)送對應的觸發(fā)事件到各個不同的任務。

(2)I/O輸出管理任務：①初始化任務，申請該任務內存并初始化變量及該任務的消息處理函數；②初始化配置輸出I/O口，根據I/O輸出屬性的表格初始化；③I/O輸出管理，包括PIO和專用LED口，根據LED的閃爍方式和時序要求，在任務處理函數處理。

(3)藍牙剖面管理任務：①初始化任務，申請該任務內存并初始化變量及該任務的消息處理函數；②初始化并管理耳機的運行模式，初始化藍牙協(xié)議棧Connection  Task；③管理藍牙狀態(tài)，注冊、查詢配對、鑒權、重連等藍牙連接設備過程的藍牙狀態(tài)轉移管理；根據藍牙狀態(tài)進行相應的MMI顯示。

(4)耳機剖面管理任務：①初始化任務，申請該任務內存并初始化變量及該任務的消息處理函數；②初始化藍牙剖面協(xié)議HSP和HFP；③管理藍牙耳機通話處理，是藍牙耳機重要任務之一。

(5)音頻驅動管理任務：①初始化任務，申請該任務內存并初始化變量及該任務的消息處理函數；②調整Speaker和Mic的增益；③配置平臺的SCO音頻通路。(6)電池電量管理任務①初始化任務，申請該任務內存并初始化變量及該任務的消息處理函數；②充電電量顯示及算法；③放電電量顯示及算法。

按任務來區(qū)分各個不同功能，易于理解且具有靈活性、擴展性?？砂慈蝿漳K添加或者屏蔽任務模塊。各任務間可通過Blue Core的FIFO消息機制實現各個任務間的通信，從而實現藍牙耳機功能，如圖4所示。

3.3藍牙耳機初始化及工作過程

在BC52MMExt芯片上VREGENABLEH pin能兼容最高4.9V電壓。當該pin上拉2s高電平脈沖后，Firmware運行并內部鎖定上拉，此后該pin可作為輸入pin來使用。Firmware啟動完成后接著運行VM虛擬機，這樣便為Application Task提供了運行環(huán)境。

初始化完成耳機后，耳機首先進入配對模式(pai2ringmodeorinquiryscanmode)，AG(audio gateway)查詢(inquiry mode)當前可配對設備，找到耳機設備后可進行密碼鑒權校驗，鑒權通過后，耳機和AG可進行服務連接(SLC establishment)。此后，藍牙耳機進入正常待機模式，可進行來電、撥號等符合HSP/HFP剖面規(guī)范的相關操作。該耳機能通過PTS(front line test system)功能測試，符合藍牙耳機HSP和HFP剖面協(xié)議通信流程。

結語

基于CSR藍牙嵌入式平臺設計實現了藍牙耳機通話功能。通過在Blue Core5Multimedia嵌入式系統(tǒng)平臺上的深入研究，該平臺具有高性能、高靈活性、可定制性等特點，適合發(fā)展高端耳機產品。在該平臺上的藍牙耳機產品必將贏得高端客戶市場，具有重要應用意義。

以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的藍牙耳機方案詳情。如果您有藍牙耳機的開發(fā)設計需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產品定制開發(fā)經驗，可以盡快評估開發(fā)周期與IC價格，也可以核算PCBA報價。我們是多家國內外芯片代理商：松翰、應廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍牙IC與模塊、wifi模塊。我們的開發(fā)能力涵蓋了PCB設計、單片機開發(fā)、藍牙技術開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號開發(fā)等軟硬件設計。還可以承接智能電子產品研發(fā)、家用電器方案設計、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網應用開發(fā)、智能家居方案設計、TWS耳機開發(fā)、藍牙耳機音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產品研發(fā)。