基于蓝牙技术耳机的软件设计方案的研究_马欣

工程技术
武汉船舶职业技术学院学报 2006 年第 6 期
基于蓝牙技术耳机的软件设计方案的研究
马 欣 (武汉理工大学信息学院 ,湖北武汉 430070)
摘 要 蓝牙耳机模型是蓝牙音频传输相关的应用规范 ,并在移动通信中得到广泛的应用 。本文给出了蓝牙耳机 Headset 链接建立和应用层状态机的设计流程 ,并根据蓝牙耳机工作原理编写了软件程序 ,实现了各种耳机功能的应用 。 关键词 蓝牙耳机模型 ;协议栈及实体 ; Headset 链接建立 ;应用层状态机的流程设计 中图分类号 TP311 文献标志码 A 文章编号 1671 - 8100 (2006) 06 - 0022 - 05
(2) 来电振铃状态 此时音频网关 A G 已经建立了与 HS 的 RF2 COMM 信道及下层链路 ,并且 HS 已经接收到振 铃信号 ,这表明音频网关要求建立 SCO 链接 ,若 用户不对振铃 做出 响应 , 音频 网关 将中 止 RF2 COMM 信道 ,状态将重新回到空闲状态 ;若用户 按下 HS 上的应答键 ,则表示用户接收呼入音频 链接的请求 ,这时 HS 将发送 A T 控制命令 A T + C KPD 给 A G ,这时两者之间将建立 SCO 链接 , 状态转至链接状态 。 (3) 呼叫状态 当用户按下 HS 上的应答键 ,用户发出呼叫 音频网关的请求 ,这时 HS 将先建立 ACL 链接 , 接着对音频网关进行 SD P 查询 。若 SDP 查询成 功 , HS 打开与 A G 连接的 RFCOMM 信道 ,并发 送 A T + C KP 建立 SCO 音频连接 。当 SCO 链接 建立后 ,状态将转移到连接状态 ,若 SCO 链接建 立失败 ,状态将转移到空闲状态 。 (4) 连接状态 连接状态下 , ACL 、L2CA P 、RFCOMM 都已 经建立 ,而且已经执行了 SDP 查询 ,音频通话就 绪 。此时用户对 HS 讲话 ,语音将通过 SCO 链路 传送至 A G。 (5) 链接断开状态 链接断开可以通过 HS 上的应答键完成 ,也 可以通过 A G 内部事件或者用户干预触发产生 。 无论哪一种原因引起 ,实质上都是 A G 链路释放 的结果 ,如果 HS 发出了断开链接的请求 ,并且发 送一个 A T + C KPD 命令到音频网关断开链接 , 于是音频网关断开 SCO 链接和 RFCOMM 信道 。 当 RFCOMM 断开时 ,状态将转换到空闲状态 。 而 ACL 链接可能处于断开状态 ,也有可能处于 链接状态 。
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数 ,它定义了一系列循环来不断地检测是否有其 它的事件发生 。它是一个总的事件调度函数 ,对 于发生的每个事件 ,它都会提供给每个事件的事 件处理动作接口 。它起到了整个核心的作用 。耳
机的主要功能如接听电话 、断开电话 、遥控音频和
配对 等 都 是 通 过 耳 机 上 的 按 键 来 实 现 的 , BlueCore2 - External 中的底层函数定义了一个 处理按键事件的中断程序 。用户的按键动作会触
1 Headset 链接建立程序的流程 设计
当蓝牙音频网关 A G 接收到一个呼叫 ,发起 与 HS 的链接 。为使应用层语音通信可靠 ,需要 蓝牙协议栈建立可靠的通信链路 。根据 Bluetoo h Stack 的运行 ,我们要完成从底层到高层链接建 立的整个流程 。
(1) 建立 ACL 即基带层的链接 A G接收到一个呼叫时 ,首先建立与 HS 之 间的 ACL 链接 ,此 HS 与 A G 之间须预先绑定 , 或者把原来处于休眠状态的下的 HS 唤醒 。一旦 ACL 链接建立 ,它可以被用来传送振铃信号 。振 铃信号的发送是通过 A T 命令 RIN G 来完成的 。 振铃信号也可以在 SCO 链路上发送 。 (2) 建立 L2CA P 层的链接 ACL 链接好后 ,接着建立 L2CA P 链路 。这 时对此信道进行配置 ,配置完信道后 ,就可以进行 SD P 查询 。 (3) 进行 SDP 的查询过程 使用蓝牙设备搜索程序在附近找到合适的设 备 ,一旦语音网关应用程序发现了耳机设备 ,它就 需要使用 SDP 服务搜索协议并执行服务搜索来 寻找耳机服务 。搜索阶段完成之后 ,就是配对过 程 ,主要负责发送配对请求 、PIN 码的输入及链路 密钥的产生 。 (4) 建立 RFCOMM 的链路
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基于蓝牙技术耳机也没有 SCO 链路存 在 。当 A G 在内部或用户引发的事件激发下 ,便 发起链接建立的请求 , HS 接收到建立链接的请 求 时 , HS 与 A G 开 始 建 ACL 、L2CA P 、RF2 COMM 链路 ,建立好 RFCOMM 信道后 , A G 发 送一个或多个 A T + RIN G 的振铃指示命令 ,通知 HS 用户有呼入的音频连接到达 。此时状态将转 至来电振铃状态 。
openReq () 函数也属于 程序 初始 化的 一部 分 。它定义了振铃的持续时间 ,即有呼入电话时 耳机振铃的时间长度 。
Bat tlnit (VM ADC T ES T A , BA T T MON I TOR P ERIOD) 函数 耳机电池的初始化函数 。执行了此函数后 , 程序会每隔 BA T T MON I TOR P ERIOD 3 4 的 时 间 长 度 就 执 行 一 次 函 数 handleBat2 teryReading 。handleBat tery Reading 函 数 的 功 能便是读出电池的当前电压值 ,起到检测电池电 压的作用 。 Sched () 函数是整个程序中最重要的一个函
(5) 当 RFCOMM 建 立 完 成 , 将 通 过 RF2 COMM 信道传输 HeadSet 的控制层的部分 A T 命令 ;此时可以开始建立 SCO 链接 。
(6) 建立 SCO 的链接 初始化时 ,对音频状态进行一些设置 ,当接收 到 A G 的建立 SCO 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 SCO 链路就建立好了 ,此时就可以 进行语音通信 。
4 软件设计方案及代码
蓝牙技术标准规范中具体规定了蓝牙协议栈
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图 2 程序流程图
及实现互操作性的应用模型 ,其功能的实现都由 软件来完成 。蓝牙体系结构中将蓝牙协议栈分为 四层 ,其中蓝牙核心协议和电缆替代协议是由蓝 牙 SI G 制定的协议 ,一般的蓝牙产品中都要应用 到 ,而其它一些协议根据产品的应用模型来选用 。 蓝牙技术不同于其它的无线通讯技术 ,在进行蓝 牙通讯前要有一个查询 、寻呼 、连接等建立过程 , 因此软件的实现包括协议栈 、蓝牙建立过程 、应用 模型等的实现 ,结合蓝牙技术的特点并基于上述 给出的蓝牙硬件平台 ,设计一个分层的嵌入式蓝 牙系统软件结构 ,主要包括 CSR 的 BlueCore 协 议栈 、CCL 的 BlueStack 栈 和 运 行 在 虚 拟 机 (VM) 上的用户程序 。BlueCore 协议栈主要完成 链路管理器及以下层协议 ,BlueStack 主要完成包 括 L2CA P 、SD P 及 RFCOMM 等的高层协议栈 。 用户程序主要包括调度程序 、消息调度程序 、实现 蓝牙连接建立过程的连接管理程序等通用程序及 实现特定应用模型的最高层的应用程序 。
蓝牙 SI G 组织负责制定的蓝牙技术规范中 给出了一个蓝牙协议栈 。但此协议栈是一个不可 见的软件 ,而且没有给出 A PI ,对一般的设计者很 难开发基于蓝牙的应用 。为了快速开发蓝牙产 品 ,一般选用由第三方开发的蓝牙协议栈 。CSR 提供了开发套件 BlueSuit ,用户可以在上面开发 自己的程序 ,包括嵌入式程序的编译 、烧写工具 、 驱动程序 、软件开发包等 。软件开发包 BlueLab
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可以单独安装 ,其包括文件库 、A PI 和开发调试工 具。
耳机的主应用程序是整个程序运行的核心 , 于是我们这里就只对它进行简单的介绍和分析 。
主函数代码如下 : int main (void)
{ Timer Init ( ) ; But to nInit ( HS_BU T TON S_ U SED ,But to n2 Direct) ; openReq ( ) ; Bat t Init (VM ADC T ES T A ,BA T T MON I TO R P ERIOD) ; Sched () ; Ret urn () ;
3 耳机主要功能的实现和程序流程 框图
蓝牙耳机各种功能的实现实际上就是蓝牙耳 机与音频网关的信息交互过程 ,最常用的功能主 要有接听电话 、断开电话和音量远程调节等 。
(1) 呼入音频连接 A G 作为客户端主动发起到 HS 的连接 。为 建立连接 ,音频网关要响应内部事件或者用户请 求 。一旦连接建立起来时 ,音频网关要发送一个 或多个基于 A T 的振铃指示以提醒耳机用户 ,当 用户被通知时 ,用户通过某些特定地操作 (如按下 耳机上的按钮) 接收到来的语音连接 ,耳机发送基 于 A T 的键区控制命令 ( A T + C KPD) 给网关 ,表 示用户已经接受入呼音频连接 ,网关就建立这个 SC0 连接 。 (2) 呼出音频连接 HS 作为客户端主动发起到 A G 的连接 ,用 户按下耳机上的一个键 ,耳机初始化连接建立后 , 便会发送 ( A T + C KPD) 命令给配对过的音频网 关 ,音频网关通过执行一些过程如建立 ACL 连 接 ,然后建立 SC0 链路并发送音频流给耳机 。 (3) 音频连接的释放 音频网关端和耳机端都可以释放音频连接 。 耳机端是在按下按钮后呼叫被终止了 ,在音频网 关端是在内部操作或用户干预后呼叫被终止 。无 论是哪一方断开连接 ,都是音频网关负责实际的 连接释放 。 (4) 音量调节 用户可以调节耳机的音量大小 ,通过发送" A T + V GM = n" ,调节 Microp ho ne 输入的大小 , 通过发送" A T + V GS = n" 调节 Speaker 输出的大 小 ,n 的取值都在 O 到 15 之间 ,该值是绝对值 ,与 一个由 HS 控制的特殊的音量电平有关 。音量的 调节既可在耳机端进行 ,也可在音频网关端进行 , 并且 会 耳 机 可 以 在 连 接 释 放 时 存 储 V GS 及 V GM 设置 ,在下一个连接创建时恢复该设置 ,见 图 2。