摘? 要: 介紹了愛立信" title="愛立信">愛立信公司推出的藍牙芯片" title="藍牙芯片">藍牙芯片ROK 101 007的結(jié)構(gòu)、工作原理及其在無線語音系統(tǒng)" title="語音系統(tǒng)">語音系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞: 藍牙? 主機控制接口

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　　愛立信(Ericsson)公司推出的藍牙芯片ROK 101 007是一款適合于短距離無線通信的射頻/基帶芯片,集成度高、功耗小,完全兼容藍牙協(xié)議Version 1.1,可嵌入任何需要藍牙功能的設(shè)備中。該芯片包括基帶控制器、無線收發(fā)器、閃存等功能塊,可提供高至HCI(主機控制接口)層的功能。此外,該芯片還提供USB、UART和PCM接口,用于與主機通信;并且支持藍牙語音和數(shù)據(jù)傳輸,輸出功率滿足藍牙二級操作的要求。

1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各功能塊介紹

　　ROK 101 007包含五個功能塊:無線收發(fā)器(PBA 313 01/2)、基帶控制器、閃存、電源管理模塊、時鐘,如圖1所示。

1.1 無線收發(fā)器PBA 313 01/2

　　PBA 313 01/2是一個工作在2.4～2.5GHz ISM頻段的短距離微波頻率射頻收發(fā)器,使用GFSK調(diào)制,最大的TX&RX數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbit/s。能在可供使用的79個信道(2.402～2.480GHz)之間快速地跳頻(1600個信道/s),通道帶寬是1MHz,頻率偏差在140kHz和175kHz之間。滿足藍牙二級操作,最大輸出功率是4dBm,不需要功率控制。安裝天線之后,傳輸距離可達10m,符合ISM頻段的FCC和ETSI標準。PBA 313 01/2以Radio ASIC為基礎(chǔ),集成了環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、天線濾波器、收發(fā)控制器、發(fā)送器和接收器等六個操作部件,如圖1所示。各部件功能如下:

　?、賀adio ASIC完成信號的調(diào)制和解調(diào)。

　　②環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和Radio ASIC構(gòu)成鎖相環(huán)。環(huán)路濾波器濾除Radio ASIC輸出的誤差電壓的高頻成份和噪聲,用以保證環(huán)路所要求的性能,增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　?、凼瞻l(fā)控制器協(xié)調(diào)接收器(RX)和發(fā)送器(TX)的工作,用以保證藍牙的全雙工傳輸。

　?、芴炀€濾波器對射頻信號進行帶通濾波。管腳ANT(T2)是天線接口,應(yīng)連接阻抗為500Ω的天線。

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1.2 基帶控制器

　　基帶控制器是一個基于ARM7-Thumb的功能塊,通過UART或USB接口控制無線收發(fā)器。基帶控制器負責處理底層的鏈路" title="鏈路">鏈路層功能,如調(diào)頻序列的選擇等。

1.3 閃存

　　閃存以二進制碼的格式存放藍牙固件,可與基帶控制器交換數(shù)據(jù)、地址和控制信號。藍牙固件包括鏈路管理器和主機控制接口(HCI)。

　　鏈路管理器實現(xiàn)了鏈路管理協(xié)議(LMP),負責處理底層鏈路控制。每個藍牙設(shè)備都可以通過LMP與另一個藍牙設(shè)備的鏈路管理器進行點對點的通信。HCI為主機提供了訪問基帶控制器、鏈路管理器以及硬件狀態(tài)和控制寄存器的命令接口。主機通過HCI驅(qū)動程序提供的一系列命令控制藍牙接口;藍牙固件的HCI收到命令后,會產(chǎn)生事件返回給主機,用來指示接口的狀態(tài)變化。主機和HCI之間共有三類數(shù)據(jù)傳輸:

????·HCI命令包? 從主機發(fā)往藍牙的HCI。

　　·HCI事件包? 從藍牙的HCI發(fā)往主機。

　　·HCI數(shù)據(jù)包? 既可從主機發(fā)往HCI,也可從HCI發(fā)往主機,包括無連接(ACL)數(shù)據(jù)和同步連接(SCO)數(shù)據(jù)。

　　HCI傳輸層定義了每一類數(shù)據(jù)如何封裝以及如何通過接口進行復用。ROK 101 007支持兩種HCI傳輸層:UART傳輸層和USB傳輸層。

1.4 電源管理模塊

　　該模塊提供芯片所需電源。Vcc的典型值是3.3V。

1.5 時鐘

　　該模塊內(nèi)置頻率為13MHz的時鐘。時鐘由一個晶體振蕩器產(chǎn)生,保證定時的精度在20ppm之內(nèi)。

2 芯片接口和主要管腳介紹

　　ROK 101 007與主機或其它設(shè)備互聯(lián)時,有三種接口方式(參見圖1)。

2.1 USB接口

　　ROK 101 007的USB接口符合USB1.1規(guī)范,通過雙向端口D+&D-,數(shù)據(jù)傳輸可達到12Mbps。當使用USB接口與主機通信時,ROK 101 007是一個USB從設(shè)備。與該接口有關(guān)的管腳有:

　　·D+(B1)&D-(B2) 用于數(shù)據(jù)傳輸。

　　·Wake up(B4)&Detach(C1) 用于與筆記本電腦互聯(lián),可用來控制筆記本電腦的狀態(tài)。當主機處于掉電模式時,如果藍牙設(shè)備收到建立連接的請求,Wake up信號就會“喚醒”主機。而主機可通過Detach信號指示自己處于“掛起”模式。

2.2 UART接口

　　ROK 101 007的UART接口符合工業(yè)標準16C450,支持以下波速率(單位:bits/s):300,600,900,1200,1800,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200,230400和460800。使用愛立信自定義的一條HCI命令:HCI_Ericsson_Set_Uart_Baud_Rate可改變UART接口的波速率。該接口中有128字節(jié)的先入先出(FIFO)緩沖器。

與該接口有關(guān)的四個管腳為:

　　·TxD(B5)&RxD(A5) 用于收發(fā)數(shù)據(jù)。

　　·RTS(A6)&CTS(B6) 用于數(shù)據(jù)流控制。

2.3 PCM語音接口

　　標準的PCM語音接口采樣速率為8kHz。語音編碼方式可采用CVSD(連續(xù)可變斜率增量調(diào)制)、μ律(8bit)或A律(8bit)?？紤]到編碼的健壯性,應(yīng)優(yōu)先選擇CVSD。

　　與PCM語音接口有關(guān)的管腳信號有:

　　·PCM_SYNC(A3) 設(shè)置PCM數(shù)據(jù)的采樣速率。

　　·PCM_OUT(A2)&PCM_IN(A1) 接收或發(fā)送語音編碼信號。這兩個管腳信號的方向通過編程可調(diào)。

3 北京郵電大學無線網(wǎng)絡(luò)實驗室藍牙語音系統(tǒng)簡介

　　利用ROK 101 007芯片開發(fā)了一套藍牙語音系統(tǒng),它能使現(xiàn)有的各種通信設(shè)備(手機或固定電話)與藍牙耳機" title="藍牙耳機">藍牙耳機之間進行無線語音傳輸,從而實現(xiàn)藍牙技術(shù)向現(xiàn)有設(shè)備的后向兼容。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

　　該系統(tǒng)由藍牙適配器和藍牙耳機兩部分構(gòu)成。藍牙適配器與現(xiàn)有的通信設(shè)備(手機)相連,實現(xiàn)藍牙與手機之間的信號轉(zhuǎn)換;藍牙耳機上有PTT按鈕,用于接聽和掛斷來電。藍牙適配器和藍牙耳機彼此之間可建立藍牙無線鏈路,用于傳輸語音、數(shù)據(jù)或控制信號。

　　系統(tǒng)工作流程如下:藍牙適配器是主方,上電后進入查詢模式,自動搜索周圍的藍牙設(shè)備(耳機)。如果附近存在藍牙耳機,主方發(fā)起連接請求,與之建立藍牙數(shù)據(jù)連接(ACL連接)。然后主方和從方進入待機模式。當有來電或有電話撥出時,主方通知從方。若從方?jīng)Q定接通通話,則由主方建立主方與從方之間的語音鏈路(SCO連接),并進入通話狀態(tài)。關(guān)鍵術(shù)語定義:

　　主方 是指發(fā)起連接的一方(本系統(tǒng)中適配器是主方);

　　從方 是指接收連接的一方(本系統(tǒng)中耳機是從方)

　　ACL 是指異步連接鏈路,用于藍牙數(shù)據(jù)傳輸;

　　SCO 是指同步連接鏈路,用于藍牙語音傳輸。

3.2 硬件電路

　　藍牙適配器和耳機的硬件結(jié)構(gòu)基本相同,其電路框圖如圖2所示。

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　　硬件電路主要由三個模塊組成:

　　單片機控制模塊? 包括AT89C4051芯片和信號燈系統(tǒng),完成系統(tǒng)的初始化、藍牙通信鏈路建立和監(jiān)測手機來電等功能。單片機通過串口與ROK 101 007連接。

　　語音模塊? 包括MC145483語音編解碼電路和耳機、麥克語音輸入輸出外圍電路,完成語音的編解碼功能。MC145483是13位線性PCM 編碼解碼濾波器,可完成語音信號的數(shù)字化和重構(gòu),與ROK 101 007的PCM語音接口連接。

??? 藍牙模塊? 包括愛立信點對多點藍牙芯片和倒F天線。芯片實現(xiàn)藍牙通信的核心功能。

3.3 軟件設(shè)計

　　軟件設(shè)計采用直接對HCI層進行編程。由主機向HCI發(fā)命令,HCI收到命令后,會向下傳遞到LM層,由LM負責鏈路的建立、加密和鑒權(quán);主機接收HCI發(fā)來的事件包,根據(jù)具體的事件采取相應(yīng)的處理。鏈路建立成功后,語音流使用連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)技術(shù),獲得高質(zhì)量的音頻編碼。

　　軟件流程由四個功能模塊組成,如圖3所示。

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　　初始化模塊:初始化藍牙芯片及各狀態(tài)變量;

　　事務(wù)調(diào)度模塊:根據(jù)返回的事件狀態(tài)參數(shù)對系統(tǒng)事務(wù)調(diào)度,跳轉(zhuǎn)到返回事件處理模塊中。

????藍牙返回事件處理模塊:各個子程分別處理藍牙各個返回事件。

　　中斷模塊:包括外部中斷模塊和串口中斷模塊。外部中斷模塊判斷手機是否有來電(僅主方需要);串口中斷模塊負責藍牙數(shù)據(jù)包和事件包的接收和發(fā)送。

3.4 系統(tǒng)特點及使用效果

　　該語音系統(tǒng)最大的特點是實現(xiàn)了與現(xiàn)有通信設(shè)備的后向兼容。用戶無需更換現(xiàn)有的不具藍牙功能的通信設(shè)備,就可享受到無線通信帶來的便捷。如何使現(xiàn)有設(shè)備與新技術(shù)產(chǎn)品之間保持平滑的過渡或者無縫連接是每個研發(fā)人員在開發(fā)產(chǎn)品時要著重考慮的問題。正是基于以上考慮,才開發(fā)了這套藍牙語音系統(tǒng),旨在把藍牙產(chǎn)品盡快地推向市場。

　　經(jīng)試用后,該系統(tǒng)話音清晰穩(wěn)定(可達到市話標準),當有來電或有電話撥出時,主從設(shè)備之間切換迅速,用戶感覺不到明顯的時延差異。該系統(tǒng)性價比高,有很好的市場推廣前景。

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參考文獻

1 Bluetooth Specifications Version1.1. Bluetooth SIG Dec 1st， 2000