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)

連接管理
筆者設(shè)計(jì)的車載信息娛樂設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)免提通話、電話簿下載、流媒體音樂播放和音樂遠(yuǎn)程控制應(yīng)用，每一種應(yīng)用都是在相應(yīng)的連接的基礎(chǔ)上以相應(yīng)剖面約定的方式進(jìn)行的。其中，免提對應(yīng)HFP剖面，電話簿下載對應(yīng)PBAP，流媒體音樂播放對應(yīng)A2DP，音樂遠(yuǎn)程控制對應(yīng)AVRCP，合理管理這些連接至關(guān)重要。首先，對連接進(jìn)行分類，HFP和A2DP為主要連接，PBAP是HFP的附屬連接，AVRCP是A2DP的附屬連接。當(dāng)手機(jī)和設(shè)備建立了免提連接后，設(shè)備主動與手機(jī)建立PBAP連接，下載電話簿并通過UART送到主處理器去解析，當(dāng)手機(jī)和設(shè)備建立了流媒體連接后，設(shè)備主動與手機(jī)建立AVRCP連接以實(shí)現(xiàn)流媒體音樂的遠(yuǎn)程控制。

系統(tǒng)在邏輯上是完全合理的，但發(fā)現(xiàn)此時死機(jī)的可能性很大。經(jīng)分析，每一種連接建立后設(shè)備雙方需要交互鏈路監(jiān)控超時時間、低功耗設(shè)置、LMP版本信息、支持特性等其他信息，短時間內(nèi)需要消耗相當(dāng)大的內(nèi)存，而PBAP電話簿下載和UART的傳輸也消耗相當(dāng)大的內(nèi)存，這樣便造成BC5無法為相應(yīng)的藍(lán)牙消息分配內(nèi)存。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/藍(lán)牙">藍(lán)牙設(shè)備的各種行為都有相應(yīng)的消息序列和次序，一旦將中間某個環(huán)節(jié)丟掉，那么后續(xù)的行為也是不可控的，繼續(xù)運(yùn)行會造成程序的紊亂，這時復(fù)位是必需的選擇。

BC5的MCU內(nèi)存為48KB，被當(dāng)前各個為其語音或數(shù)據(jù)分配的環(huán)形緩沖區(qū)和協(xié)議棧特定操作、剖面和應(yīng)用程序所共享。因此，需要在軟件開發(fā)上精心設(shè)計(jì)，并犧牲一定的速度性能才能保證程序不會因?yàn)閮?nèi)存不夠而運(yùn)行失敗。

設(shè)計(jì)合理的連接管理方案如下：在A2DP連接完成5s后發(fā)起建立AVRCP連接，在HFP連接完成10s后發(fā)起建立PBAP連接，并保證不存在兩個正在進(jìn)行中的連接，即如果AVRCP連接還沒有建立完成，當(dāng)PBAP的建立時間到達(dá)時再推遲10s發(fā)起PBAP的連接，而且在剛建立PBAP連接時不馬上進(jìn)行電話簿下載這樣需要大量內(nèi)存的操作，這樣便解決了該問題。

DSP的開發(fā)
BC5內(nèi)置性能高達(dá)64MIPS的DSP，可以軟件的方式完成兩大功能即回聲消除和流媒體音樂文件的解碼。CSR為BC5的DSP提供了用于回聲消除和噪聲抑制的CVC，并提供了SBC和MP3的編解碼實(shí)現(xiàn)，這些都為車載信息娛樂設(shè)備免提通話和流媒體音樂播放功能的實(shí)現(xiàn)提供了極大的便利。同時，筆者所設(shè)計(jì)的車載信息娛樂設(shè)備需要有對音頻系統(tǒng)的自診斷功能，要求產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)1kHz聲音信號并對麥克風(fēng)進(jìn)行檢測，這部分功能在BC5的DSP上實(shí)現(xiàn)。下面首先簡要介紹DSP的特點(diǎn)及開發(fā)方式，然后介紹自診斷功能中麥克風(fēng)檢測的實(shí)現(xiàn)。

CSR為其DSP定義了Kalimba的類匯編開發(fā)語言，并提供了很多有用的算子，可以被開發(fā)者直接調(diào)用編程以實(shí)現(xiàn)自定義功能。DSP跟外設(shè)的接口只有PIO，它無法直接和UART、USB、CODEC或藍(lán)牙數(shù)據(jù)鏈路接口，需要跟MCU一起完成具體應(yīng)用。MCU和DSP之間基于中斷以消息的方式進(jìn)行交互，消息數(shù)據(jù)采用DSP和MCU的共享內(nèi)存收發(fā)，MCU和DSP都有發(fā)送接收消息的相應(yīng)機(jī)制。

麥克風(fēng)檢測需要對所產(chǎn)生的聲音信號采樣并運(yùn)算處理。首先，MCU設(shè)置好麥克風(fēng)ADC的采樣率和增益，同時設(shè)置好ADC數(shù)據(jù)流與DSP輸入端口的連接，DSP對輸入的ADC數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果以long message的方式發(fā)送給MCU，在MCU中做后續(xù)處理。MCU的設(shè)置代碼如下所示：
/*VM_PCM_INTERNAL_A means left adc and left dac*/
PcmRateAndRoute(0,PCM_NO_SYNC,8000,8000,VM_PCM_INTERNAL_A);
/* Set the gains on the codec */
CodecSetInputGainA(13);
/* plug Left ADC into port 0 */
StreamConnect(StreamPcmSource(0),StreamKalimbaSink(0));
StreamKalimbaSink(0)即為DSP的輸入端口，它是一個先進(jìn)先出的環(huán)形緩沖區(qū)，Kaimba提供了對它進(jìn)行操作的算子，包括讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)、查詢剩余空間和當(dāng)前有效數(shù)據(jù)空間。對它進(jìn)行操作前需要查詢剩余空間和查詢當(dāng)前有效數(shù)據(jù)空間，這樣才能保證所取的輸入數(shù)據(jù)在時域上的連續(xù)性，操作后要更新讀寫指針，這樣才能保證其后續(xù)操作的正確性。

FFT運(yùn)算的輸入實(shí)部即為麥克風(fēng)采樣數(shù)據(jù)，虛部為零，是占位運(yùn)算，即運(yùn)算結(jié)果的輸出占用的是輸入數(shù)據(jù)的地址空間。根據(jù)FFT原理，輸入順序時，輸出逆序，輸入逆序時輸出順序，這個逆序算法取決于FFT運(yùn)算的點(diǎn)數(shù)，在這里選擇128點(diǎn)運(yùn)算。根據(jù)傅里葉變換原理，頻率分辨率取決于運(yùn)算點(diǎn)數(shù)和ADC的采樣速率，計(jì)算公式如下：
Δf=fs/N=8000/128=62.5Hz

其逆序序列為0 64 32 96 16 80 48 112 8 72 40 104 24 88 56 120 4...
為了保證運(yùn)算正確，需要進(jìn)行多次運(yùn)算，首先設(shè)置一定時器實(shí)時刷新FFT輸入的實(shí)部數(shù)據(jù)，其次在每次FFT運(yùn)算之前將虛部全部清零，將沒有得到賦值的實(shí)部數(shù)據(jù)全部清零。定時器周期根據(jù)ADC的采樣速率和運(yùn)算點(diǎn)數(shù)決定，由于對FFT輸入數(shù)據(jù)的補(bǔ)零操作不會影響運(yùn)算結(jié)果和頻率分辨率，所以在這里設(shè)定定時器周期為14ms，這樣輸入數(shù)據(jù)不會溢出。

運(yùn)算完成后需要對實(shí)部和虛部進(jìn)行求模運(yùn)算，按照以上的逆序輸出，判斷峰值是不是出現(xiàn)在1kHz處即第56個點(diǎn)，是則麥克風(fēng)工作正常，否則工作不正常。

結(jié)語
筆者采用BC5和MCF5251設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了車載信息娛樂設(shè)備，該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有很高的實(shí)用價值。本文論述了BC5的應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和關(guān)鍵技術(shù)，有助于采用BC5進(jìn)行開發(fā)的藍(lán)牙工程師同仁加深對其設(shè)計(jì)開發(fā)的理解。