藍(lán)牙單芯片在車載信息娛樂設(shè)備中的應(yīng)用及開發(fā)

藍(lán)牙單芯片領(lǐng)頭芯片廠商CSR的Bluecore是目前普遍應(yīng)用的藍(lán)牙單芯片系列，在藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙手機(jī)和免提裝置等設(shè)備中應(yīng)用廣泛，也是很多藍(lán)牙工程師的首選。筆者采用Bluecore5-MM（以下簡稱BC5）和Freescale的Coldfire架構(gòu)的32位處理器MCF5251，開發(fā)了一款整合USB音樂播放、iPOD控制、藍(lán)牙免提和流媒體音樂播放等功能的車載信息娛樂設(shè)備。下面，首先簡要介紹設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)，然后從設(shè)備軟件結(jié)構(gòu)、BC5軟件開發(fā)方式、內(nèi)存和DSP的開發(fā)上詳細(xì)講一下開發(fā)中遇到的問題及解決方法。

硬件結(jié)構(gòu)
圖1為車載娛樂設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)圖，包括電源管理、音頻輸入輸出及音源管理、處理器及其外圍電路、USB接口及其供電保護(hù)、CAN接口等幾個部分。

圖1 車載娛樂設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，系統(tǒng)采用BC5-MM+32位外部嵌入式處理器的雙處理器結(jié)構(gòu)設(shè)計，藍(lán)牙部分用BC5-MM實現(xiàn)。下面，首先介紹該芯片的關(guān)鍵特性，然后介紹其RF子系統(tǒng)的電路設(shè)計。其芯片特性如下：
(1)以單芯片的形式集成了藍(lán)牙系統(tǒng)的射頻和基帶控制、RISC結(jié)構(gòu)的16位MCU和性能高達(dá)64MIPS的Kalimba DSP。其中，MCU部分實現(xiàn)藍(lán)牙協(xié)議棧和應(yīng)用軟件，DSP用于實現(xiàn)音頻和語音處理以及流媒體音樂文件的編解碼。

(2)具有獨(dú)立的音頻輸入輸出系統(tǒng)。

(3)無線發(fā)射功率達(dá)+8dBm，接受靈敏度-90dBm，無須外部放大器，只需印刷電路板天線便可滿足藍(lán)牙射頻規(guī)范Class 2的要求，通信距離可達(dá)10m。

(4)具有USB、I2C、SPI、UART等多種接口，可以外接外部主控制器以實現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用。其中，BC5-MM和主處理器通過UART進(jìn)行通信，SPI接口用于BC5-MM程序的調(diào)試、下載以及關(guān)鍵PSKEY屬性的設(shè)置。

藍(lán)牙RF子系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示。由于BC5-MM內(nèi)部集成了藍(lán)牙射頻和基帶控制，所以只需外接濾波器和PCB天線便能實現(xiàn)RF子系統(tǒng)設(shè)計。濾波器選用插入損耗低、衰減特性高的藍(lán)牙平衡濾波器DBF81F04，保證了藍(lán)牙通信的可靠性；PCB天線采取F型天線，反饋點位置需要根據(jù)藍(lán)牙2.4GHz的頻率中心點確定。另外，在音頻輸入輸出系統(tǒng)設(shè)計中需要注意的是音頻輸入有最大電壓的要求，所以在外圍麥克風(fēng)輸入電路設(shè)計時要注意選擇電路放大參數(shù)以控制輸入電壓。

圖2 RF子系統(tǒng)電路圖

軟件開發(fā)
圖3所示為雙處理器結(jié)構(gòu)的車載信息娛樂設(shè)備的軟件結(jié)構(gòu)圖。MCF5251端的軟件設(shè)計不再贅述，BC5軟件包括固件、操作系統(tǒng)、剖面和應(yīng)用程序四個部分。固件的功能是和硬件連接，提供底層驅(qū)動的實現(xiàn)，包括藍(lán)牙底層協(xié)議棧及片上各種外設(shè)，如IO、UART、Timer、ADC等的接口；操作系統(tǒng)Virtual Machine（VM）完成內(nèi)存管理、任務(wù)調(diào)度和消息處理功能；剖面的功能是定義某類型設(shè)備應(yīng)該包含的功能及其標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)方式，保證設(shè)備間的互操作性。應(yīng)用程序是在剖面和VM提供的一系列API上進(jìn)行開發(fā)的，定義了任務(wù)和相應(yīng)的消息，在VM的控制下采用消息隊列機(jī)制異步發(fā)送消息進(jìn)行通信，軟件開發(fā)環(huán)境為Roadtunes-SDK。該SDK提供了完整的藍(lán)牙協(xié)議棧和各種剖面的源代碼，并提供了車載應(yīng)用的軟件解決方案。下面講述下連接管理及內(nèi)存問題和DSP開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。

圖3 車載設(shè)備軟件結(jié)構(gòu)圖