藍(lán)牙耳機(jī)是一種無線語音傳輸技術(shù)，是基于耳機(jī)在無線技術(shù)方面的延伸。它是相配于藍(lán)牙技術(shù)而進(jìn)入多媒體個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的。隨著藍(lán)牙技術(shù)的日趨完善和藍(lán)牙產(chǎn)品市場占有率逐漸提升，藍(lán)牙耳機(jī)在技術(shù)上也將不斷得到改進(jìn)，使之成為個(gè)人多媒體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的主要配套產(chǎn)品。藍(lán)牙耳機(jī)的應(yīng)用范圍除了手機(jī)以外，PDA、無繩電話應(yīng)用、汽車免提工具、電話終端等，也是藍(lán)牙耳機(jī)發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢的應(yīng)用領(lǐng)域。本文設(shè)計(jì)的藍(lán)牙耳機(jī)支持藍(lán)牙規(guī)范1．2版本，傳輸距離達(dá)10 m，傳輸速率達(dá)723．2 kb／s，并且具有低功耗和（幾乎）無輻射等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢。

　　1 藍(lán)牙技術(shù)

　　藍(lán)牙作為一種低成本、短距離的無線連接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是由Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba五家公司共同倡導(dǎo)的一種全球無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范。它以低成本的短距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定設(shè)備與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接。其實(shí)質(zhì)是建立通用的無線空中接口及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備問的電纜替代。

　　藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范包括協(xié)議和應(yīng)用規(guī)范兩個(gè)部分。協(xié)議定義了各功能元素各自的工作方式，整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)分為4層，即核心協(xié)議層、線纜替代協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其他協(xié)議層；應(yīng)用規(guī)范則闡述了為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的應(yīng)用模型，各層協(xié)議間的運(yùn)轉(zhuǎn)協(xié)同機(jī)制。較典型的應(yīng)用規(guī)范有撥號網(wǎng)絡(luò)、耳機(jī)（headset）、局域網(wǎng)訪問和文件傳輸?shù)取Ｋ{(lán)牙耳機(jī)的協(xié)議棧原理如圖1所示。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　硬件電路信號處理與控制部分采用Zeevo公司的基于ARM7的音頻處理器ZV4301。ZV4301處理器是在一個(gè)單芯片收發(fā)器上加入一個(gè)集成RF、數(shù)字信號處理、通信處理和運(yùn)算及控制處理功能的48 MHz APM7微處理器，片外擴(kuò)展閃存，以實(shí)現(xiàn)需要技術(shù)和高度最佳化的音頻處理。

　　編解碼芯片采用飛利浦公司的UDAl380音頻芯片。UDAl380是一顆專為便攜式產(chǎn)品所設(shè)計(jì)的單芯片立體聲音頻編解碼器，可以提供立即可用的先進(jìn)音頻功能。這顆音頻編解碼器具有24位數(shù)據(jù)路徑、多重時(shí)鐘支持、DC偏移消除、支持多重?cái)?shù)據(jù)格式以及數(shù)字靜音檢測等集成功能。本設(shè)計(jì)中，UDAl380利用與微控器接口作音控處理．并利用L3接口來控制音量。

　　3 I2S總線

　　本設(shè)計(jì)在硬件電路上使用基于I2S總線的音頻系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。I2S（Inter-IC Sound bus）是飛利浦公司提出的串行數(shù)字音頻總線協(xié)議。

　　I2S總線只處理聲音數(shù)據(jù)，其他信號（如控制信號）必須單獨(dú)傳輸。為了使芯片的引腳盡可能少，I2S只使用了三根串行總線。這三根線分別是：提供分時(shí)復(fù)用功能的數(shù)據(jù)線（SD）、字段選擇線（聲道選擇WS）、時(shí)鐘信號線（SCK）。

　　此設(shè)計(jì)中采用電源統(tǒng)一供電，ZV4301作為主設(shè)備，UDAl380作為從設(shè)備。ZV4301使用3個(gè)通用I／O口來模擬I2S總線。其讀寫I2S總線的數(shù)據(jù)主要包括以下幾個(gè)函數(shù)；

　　word_selection（）； ／／字選擇函數(shù)

　　serial_clock（）； ／／時(shí)鐘信號函數(shù)

　　serial_data（）； ／／ 串行數(shù)據(jù)函數(shù)

　　shift_register（）； ／／寄存器移位函數(shù)

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。良好的持續(xù)發(fā)展能力、支持多種硬件環(huán)境、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，使之成為所有獨(dú)立于處理器實(shí)時(shí)系統(tǒng)中最具特色的操作系統(tǒng)。

　　在該設(shè)計(jì)中，軟件協(xié)議全部下載到藍(lán)牙設(shè)備內(nèi)核處理器的外置閃存中，操作通過人機(jī)接口控制。基于VxWorks的軟件編寫工作主要包括：BSP包的改動、程序的編寫和操作系統(tǒng)的裁減。由于VxWorks的高度靈活性，可以很容易地對這一操作系統(tǒng)進(jìn)行定制或作適當(dāng)開發(fā)，來滿足系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需要。BSP包的改動指根據(jù)目標(biāo)硬件實(shí)際配置修改系統(tǒng)的配置參數(shù)宏（MAC-RO），主要修改config．h、makefile．h、bspname．h文件。

　　程序編寫函數(shù)主要包括以下7個(gè)。

　　（1）系統(tǒng)引導(dǎo)函數(shù)

　　VxWorks操作系統(tǒng)在一些板級系統(tǒng)初始化后自動執(zhí)行tUsrRoot（）函數(shù)，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）系統(tǒng)初始化函數(shù)（以L2CAP為例）

　　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／／定義消息隊(duì)列1D結(jié)構(gòu)體類型

　　MSG_QUEUE_ID MsgQueueld； ／／定義全局消息隊(duì)列ID結(jié)構(gòu)體，用于存放每個(gè)消息隊(duì)列的ID

　　vInitlalizeL2caD（）；／／L2CAP初始化，包括初始化全局變量、創(chuàng)建定時(shí)器、創(chuàng)建消息

　　／／隊(duì)列、創(chuàng)建并啟動任務(wù)

　　（3）LMP軟件設(shè)計(jì)

　　基帶程序運(yùn)行在藍(lán)牙芯片的信號處理單元中，而LMP程序運(yùn)行在藍(lán)牙芯片的微處理器中，它們通過郵箱來交換信息。只要任何一方向郵箱發(fā)送了信息，郵箱就會產(chǎn)生中斷信號，另外一方可以在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行信息讀取和處理。其處理函數(shù)為；

　　vLmpDealFromBB（）

　　／／處理來自BaseBand層的消息以建立連接，對來自BaseBand層

　　／／的操作碼

　　決定接受與否，并進(jìn)行鑒權(quán)、加密、處理或斷開等操作

　　（4）L2CAP軟件的設(shè)計(jì)

　　tL2capDealMsgFromSdp（）

　　／／處理來自SDP層的消息SdpToL2eap，生成L2CAP數(shù)據(jù)包，把數(shù)據(jù)傳BaseBand層

　　tL2capDealMsgFromRf（）

　　／／處理來自RFCOMM層的消息RfToL2cap，生成L2CAP數(shù)據(jù)包，把數(shù)據(jù)傳BaseBand層

　　vL2capDealMsgFromBB（）

　　／／處理來自BaseBand層的消息，在處理器郵箱中斷程序被調(diào)用

　　（5）SDP軟件的設(shè)計(jì)

　　tSdpDealMsgFromL2cap（）

　　／／處理來自L2CAP的消息L2capToSdp，并上報(bào)搜索到的服務(wù)的屬性

　　tSdpDealMsgFromHA（）

　　／／處理來自HeadsetApplieation的消息HAToSdp，對上報(bào)信息進(jìn)行應(yīng)答

　　（6）RFOOMM軟件的設(shè)計(jì)

　　tRfDealMsgFromHA（）

　　／／處理來自HeadsetApplication的消息HAToRf，生成RFCOMM數(shù)據(jù)包，傳送給L2CAP

　　tRfDealMsgFromL2cap（）

　　／／處理來自L2CAP的消息L2capToRf，對不同的幀進(jìn)行處理

　　（7）HeadsetApplication軟件的設(shè)計(jì)

　　tHADealMsgFronaSdp（）

　　／／處理來自SDP的消息SdpToHA，判斷是否正常并處理

　　tHADeaIMsgFromRf（）

　　／／處理來自RFCMM的消息RfToHA，對AT命令及其應(yīng)答作出處理

　　5 語音傳輸建立過程

　　藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)總是藍(lán)牙語音網(wǎng)關(guān)（AG）和藍(lán)牙耳機(jī)（HS）成對出現(xiàn)的。其通信所用到的協(xié)議棧及實(shí)體如圖4所示。

　　藍(lán)牙設(shè)備連結(jié)的建立遵循底層到高層的原則，即搜索藍(lán)牙設(shè)備、建立鏈路、服務(wù)搜索、建立信道、建立連接和數(shù)據(jù)傳輸。

　　以下是音頻連接建立的全過程。（以AG主動發(fā)起連接請求為例。）

　　①AG首先發(fā)起查詢，通過查詢AG獲得HS的藍(lán)牙地址。

　　②AG在應(yīng)用層的驅(qū)動下向查詢到的HS發(fā)起一個(gè)page進(jìn)程。當(dāng)接收到HS返回的應(yīng)答信號時(shí)，AG與HS之間的ACL鏈接已經(jīng)成功建立。

　　③一旦ACL鏈接建立，即可以被用來傳送振鈴信號。振鈴信號的發(fā)送是通過AT命令RING來完成的。

　　④ACL鏈接好后，接著建立L2CAP鏈路。AG首先在信令信道上發(fā)送一個(gè)鏈接請求信令L2CAP_req，要求建立信道標(biāo)號為0x0040的L2CAP。當(dāng)HS返回鏈接響應(yīng)信號時(shí)，表明0x0040信道已經(jīng)建立好。然后對此信道進(jìn)行配置，配置完信道后，就可以利用此CID（信道標(biāo)識符）為0x0040的L2CAP信道進(jìn)行SDP查詢。

　　⑤AG在L2CAP信道上發(fā)送一個(gè)SDP查詢包。SDP查詢包將查詢SDP服務(wù)器端HS是否具有所需要的服務(wù)。若查詢成功，在ACL鏈路上，AG再建立一條標(biāo)號為0x0041的l.2CAP鏈路，用來傳輸RFCOMM數(shù)據(jù)；同時(shí)，斷開用作SDP查詢的標(biāo)號為0x0040的L2CAP鏈路。

　　⑥當(dāng)CID為0x004l的L2CAP信道建立好之后，首先建立控制信道DICIO，AG在信道上發(fā)送一個(gè)SABM幀，即要求建立RFCOMM層上的Channel O。如果響應(yīng)方HS希望建立鏈接，返回一個(gè)VA幀，表明已經(jīng)建立好了Channel 0這條RFCOMM信道。此信道為控制信道，用來傳送攜帶控制信息和命令的UIM幀。如果響應(yīng)方HS不希望建立鏈接，返回一個(gè)DM幀。其次建立數(shù)據(jù)信道，先是對數(shù)據(jù)傳送信道的參數(shù)進(jìn)行協(xié)商，協(xié)商命令PN參數(shù)包括對將要建立的信道Channel 1的優(yōu)先級，最大幀長等，當(dāng)雙方協(xié)商好后建立傳輸數(shù)據(jù)的信道Channell。

　　⑦通過RFooMM信道傳輸HS控制層的AT命令，即在RFCOMM數(shù)據(jù)傳送信道Channe1上利用UIH幀傳送AT+CKPD命令。當(dāng)接收到對方的響應(yīng)后，就可以開始建立SCO鏈接。

　　⑧HCI（主機(jī)控制接口）發(fā)一個(gè)WRITE_VOICE_SETTING命令，對音頻狀態(tài)進(jìn)行一些設(shè)置。當(dāng)接收到AG的建立SC0鏈接的請求時(shí)，若HS允許，發(fā)送一個(gè)接收的HCI命令，在命令完成之后，傳輸音頻信號的SC0鏈路就建立好了，此時(shí)就可以進(jìn)行語音通信。

　　6 結(jié)語

　　本文給出了藍(lán)牙及藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)的基本概念及其在軟硬件方面的具體實(shí)現(xiàn)。藍(lán)牙耳機(jī)使用戶擺脫線纜的束縛，能夠在較大的自由空間內(nèi)通話。由于采用專用的聲音編解碼芯片和標(biāo)準(zhǔn)音頻取樣率44．1 kHz，并經(jīng)過先進(jìn)的信號處理技術(shù)，能夠使聲音效果接近CD音質(zhì)，這樣也使藍(lán)牙耳機(jī)真正取代有線耳機(jī)成為可能。