VxWorks移植方法在蓝牙无线耳机设计中的应用
蓝牙耳机是一种无线语音传输技术，是基于耳机在无线技术方面的延伸。蓝牙耳机的应用范围除了手机以外，pda、无绳电话应用、汽车免提工具、电话终端等，也是蓝牙耳机发挥技术优势的应用领域。本文设计的蓝牙耳机支持蓝牙规范1．2版本，传输距离达10 m，传输速率达723．2 kb／s，并且具有低功耗和(几乎)无辐射等技术优点和优势。
1 蓝牙技术
蓝牙作为一种低成本、短距离的无线连接技术标准，是由ericsson、ibm、intel、nokia和toshiba五家公司共同倡导的一种全球无线技术标准，是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范。它以低成本的短距离无线连接为基础，为固定设备与移动设备通信环境建立一个特别连接。其实质是建立通用的无线空中接口及其控制软件的公开标准，实现设备问的电缆替代。
蓝牙技术规范包括协议和应用规范两个部分。协议定义了各功能元素各自的工作方式，整个蓝牙协议体系结构分为4层，即核心协议层、线缆替代协议层、电话控制协议层和采纳的其他协议层；应用规范则阐述了为了实现一个特定的应用模型，各层协议间的运转协同机制。较典型的应用规范有拨号网络、耳机(headset)、局域网访问和文件传输等。蓝牙耳机的协议栈原理如图1所示。
2 硬件设计
硬件电路信号处理与控制部分采用zeevo公司的基于arm7的音频处理器zv4301。zv4301处理器是在一个单芯片收发器上加入一个集成rf、数字信号处理、通信处理和运算及控制处理功能的48 mhz apm7微处理器，片外扩展闪存，以实现需要技术和高度最佳化的音频处理。
编解码芯片采用飞利浦公司的udal380音频芯片。udal380是一颗专为便携式产品所设计的单芯片立体声音频编解码器，可以提供立即可用的先进音频功能。这颗音频编解码器具有24位数据路径、多重时钟支持、dc偏移消除、支持多重数据格式以及数字静音检测等集成功能。本设计中，udal380利用与微控器接口作音控处理．并利用l3接口来控制音量。
3 i2s总线
本设计在硬件电路上使用基于i2s总线的音频系统体系结构。i2s(inter-ic sound bus)是飞利浦公司提出的串行数字音频总线协议。
i2s总线只处理声音数据，其他信号(如控制信号)必须单独传输。为了使芯片的引脚尽可能少，i2s只使用了三根串行总线。这三根线分别是：提供分时复用功能的数据线(sd)、字段选择线(声道选择ws)、时钟信号线(sck)。
此设计中采用电源统一供电，zv4301作为主设备，udal380作为从设备。zv4301使用3个通用i／o口来模拟i2s总线。其读写i2s总线的数据主要包括以下几个函数；
word_selection()； ／／字选择函数
serial_clock()； ／／时钟信号函数
serial_data()； ／／ 串行数据函数
shift_register()； ／／寄存器移位函数
4 软件设计
vxworks操作系统是美国windriver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统。良好的持续发展能力、支持多种硬件环境、高性能的内核以及友好的用户开发环境，使之成为所有独立于处理器实时系统中最具特色的操作系统。
在该设计中，软件协议全部下载到蓝牙设备内核处理器的外置闪存中，操作通过人机接口控制。基于vxworks的软件编写工作主要包括：bsp包的改动、程序的编写和操作系统的裁减。由于vxworks的高度灵活性，可以很容易地对这一操作系统进行定制或作适当开发，来满足系统的实际应用需要。bsp包的改动指根据目标硬件实际配置修改系统的配置参数宏(mac-ro)，主要修改config．h、makefile．h、bspname．h文件。
程序编写函数主要包括以下7个。
(1)系统引导函数
vxworks操作系统在一些板级系统初始化后自动执行tusrroot()函数，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)系统初始化函数(以l2cap为例)
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／／定义消息队列1d结构体类型
msg_queue_id msgqueueld； ／／定义全局消息队列id结构体，用于存放每个消息队列的id
vinitlalizel2cad()；／／l2cap初始化，包括初始化全局变量、创建定时器、创建消息
／／队列、创建并启动任务
(3)lmp软件设计
基带程序运行在蓝牙芯片的信号处理单元中，而lmp程序运行在蓝牙芯片的微处理器中，它们通过邮箱来交换信息。只要任何一方向邮箱发送了信息，邮箱就会产生中断信号，另外一方可以在中断服务程序中进行信息读取和处理。其处理函数为；
vlmpdealfrombb()
／／处理来自baseband层的消息以建立连接，对来自baseband层
／／的操作码
决定接受与否，并进行鉴权、加密、处理或断开等操作
(4)l2cap软件的设计
tl2capdealmsgfromsdp()
／／处理来自sdp层的消息sdptol2eap，生成l2cap数据包，把数据传baseband层
tl2capdealmsgfromrf()
／／处理来自rfcomm层的消息rftol2cap，生成l2cap数据包，把数据传baseband层
vl2capdealmsgfrombb()
／／处理来自baseband层的消息，在处理器邮箱中断程序被调用
(5)sdp软件的设计
tsdpdealmsgfroml2cap()
／／处理来自l2cap的消息l2captosdp，并上报搜索到的服务的属性
tsdpdealmsgfromha()
／／处理来自headsetapplieation的消息hatosdp，对上报信息进行应答
(6)rfoomm软件的设计
trfdealmsgfromha()
／／处理来自headsetapplication的消息hatorf，生成rfcomm数据包，传送给l2cap
trfdealmsgfroml2cap()
／／处理来自l2cap的消息l2captorf，对不同的帧进行处理
(7)headsetapplication软件的设计
thadealmsgfronasdp()
／／处理来自sdp的消息sdptoha，判断是否正常并处理
thadeaimsgfromrf()
／／处理来自rfcmm的消息rftoha，对at命令及其应答作出处理
5 语音传输建立过程
蓝牙耳机系统工作时总是蓝牙语音网关(ag)和蓝牙耳机(hs)成对出现的。其通信所用到的协议栈及实体如图4所示。
蓝牙设备连结的建立遵循底层到高层的原则，即搜索蓝牙设备、建立链路、服务搜索、建立信道、建立连接和数据传输。
以下是音频连接建立的全过程。(以ag主动发起连接请求为例。)
①ag首先发起查询，通过查询ag获得hs的蓝牙地址。
②ag在应用层的驱动下向查询到的hs发起一个page进程。当接收到hs返回的应答信号时，ag与hs之间的acl链接已经成功建立。
③一旦acl链接建立，即可以被用来传送振铃信号。振铃信号的发送是通过at命令ring来完成的。
④acl链接好后，接着建立l2cap链路。ag首先在信令信道上发送一个链接请求信令l2cap_req，要求建立信道标号为0x0040的l2cap。当hs返回链接响应信号时，表明0x0040信道已经建立好。然后对此信道进行配置，配置完信道后，就可以利用此cid(信道标识符)为0x0040的l2cap信道进行sdp查询。
⑤ag在l2cap信道上发送一个sdp查询包。sdp查询包将查询sdp服务器端hs是否具有所需要的服务。若查询成功，在acl链路上，ag再建立一条标号为0x0041的l.2cap链路，用来传输rfcomm数据；同时，断开用作sdp查询的标号为0x0040的l2cap链路。 ⑥当cid为0x004l的l2cap信道建立好之后，首先建立控制信道dicio，ag在信道上发送一个sabm帧，即要求建立rfcomm层上的channel o。如果响应方hs希望建立链接，返回一个va帧，表明已经建立好了channel 0这条rfcomm信道。此信道为控制信道,用来传送携带控制信息和命令的uim帧。如果响应方hs不希望建立链接，返回一个dm帧。其次建立数据信道，先是对数据传送信道的参数进行协商，协商命令pn参数包括对将要建立的信道channel 1的优先级，最大帧长等，当双方协商好后建立传输数据的信道channell。
⑦通过rfoomm信道传输hs控制层的at命令，即在rfcomm数据传送信道channe1上利用uih帧传送at+ckpd命令。当接收到对方的响应后，就可以开始建立sco链接。
⑧hci(主机控制接口)发一个write_voice_setting命令，对音频状态进行一些设置。当接收到ag的建立sc0链接的请求时，若hs允许，发送一个接收的hci命令，在命令完成之后，传输音频信号的sc0链路就建立好了，此时就可以进行语音通信。
结语
由于采用专用的声音编解码芯片和标准音频取样率44．1 khz，并经过先进的信号处理技术，能够使声音效果接近cd音质，这样也使蓝牙耳机真正取代有线耳机成为可能。
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tusrroot()
…… ／／必要初始化程序
vinitializelmp()； ／／lmp初始化完成
vinitializel2cap()； ／／l2cap初始化完成
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vinitializerf()； ／／rfcomm初始化完成
vinitializeha()； ／／headsetapplication初始化完成
exit()； ／／退出
(2)系统初始化函数(以l2cap为例)
typedet
{msg_idsdptol2cap；
msg_id l2captosdp；
msg_id rftol2cap；
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msg_id sdptoha；
msg_id hatorf；
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／／处理来自l2cap的消息l2captorf，对不同的帧进行处理
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④acl链接好后，接着建立l2cap链路。ag首先在信令信道上发送一个链接请求信令l2cap_req，要求建立信道标号为0x0040的l2cap。当hs返回链接响应信号时，表明0x0040信道已经建立好。然后对此信道进行配置，配置完信道后，就可以利用此cid(信道标识符)为0x0040的l2cap信道进行sdp查询。
⑤ag在l2cap信道上发送一个sdp查询包。sdp查询包将查询sdp服务器端hs是否具有所需要的服务。若查询成功，在acl链路上，ag再建立一条标号为0x0041的l.2cap链路，用来传输rfcomm数据；同时，断开用作sdp查询的标号为0x0040的l2cap链路。 ⑥当cid为0x004l的l2cap信道建立好之后，首先建立控制信道dicio，ag在信道上发送一个sabm帧，即要求建立rfcomm层上的channel o。如果响应方hs希望建立链接，返回一个va帧，表明已经建立好了channel 0这条rfcomm信道。此信道为控制信道,用来传送携带控制信息和命令的uim帧。如果响应方hs不希望建立链接，返回一个dm帧。其次建立数据信道，先是对数据传送信道的参数进行协商，协商命令pn参数包括对将要建立的信道channel 1的优先级，最大帧长等，当双方协商好后建立传输数据的信道channell。
⑦通过rfoomm信道传输hs控制层的at命令，即在rfcomm数据传送信道channe1上利用uih帧传送at+ckpd命令。当接收到对方的响应后，就可以开始建立sco链接。
⑧hci(主机控制接口)发一个write_voice_setting命令，对音频状态进行一些设置。当接收到ag的建立sc0链接的请求时，若hs允许，发送一个接收的hci命令，在命令完成之后，传输音频信号的sc0链路就建立好了，此时就可以进行语音通信。
结语
由于采用专用的声音编解码芯片和标准音频取样率44．1 khz，并经过先进的信号处理技术，能够使声音效果接近cd音质，这样也使蓝牙耳机真正取代有线耳机成为可能。
8发8收多输入多输出正交频分多址系统平台
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