藍牙單芯片在車載信息娛樂設備中的應用及開發

連接管理
筆者設計的車載信息娛樂設備需要實現免提通話、電話簿下載、流媒體音樂播放和音樂遠程控制應用，每一種應用都是在相應的連接的基礎上以相應剖面約定的方式進行的。其中，免提對應HFP剖面，電話簿下載對應PBAP，流媒體音樂播放對應A2DP，音樂遠程控制對應AVRCP，合理管理這些連接至關重要。首先，對連接進行分類，HFP和A2DP為主要連接，PBAP是HFP的附屬連接，AVRCP是A2DP的附屬連接。當手機和設備建立了免提連接后，設備主動與手機建立PBAP連接，下載電話簿并通過UART送到主處理器去解析，當手機和設備建立了流媒體連接后，設備主動與手機建立AVRCP連接以實現流媒體音樂的遠程控制。

系統在邏輯上是完全合理的，但發現此時死機的可能性很大。經分析，每一種連接建立后設備雙方需要交互鏈路監控超時時間、低功耗設置、LMP版本信息、支持特性等其他信息，短時間內需要消耗相當大的內存，而PBAP電話簿下載和UART的傳輸也消耗相當大的內存，這樣便造成BC5無法為相應的藍牙消息分配內存。因為藍牙設備的各種行為都有相應的消息序列和次序，一旦將中間某個環節丟掉，那么后續的行為也是不可控的，繼續運行會造成程序的紊亂，這時復位是必需的選擇。

BC5的MCU內存為48KB，被當前各個為其語音或數據分配的環形緩沖區和協議棧特定操作、剖面和應用程序所共享。因此，需要在軟件開發上精心設計，并犧牲一定的速度性能才能保證程序不會因為內存不夠而運行失敗。

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

DSP的開發
BC5內置性能高達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的編解碼實現，這些都為車載信息娛樂設備免提通話和流媒體音樂播放功能的實現提供了極大的便利。同時，筆者所設計的車載信息娛樂設備需要有對音頻系統的自診斷功能，要求產生標準1kHz聲音信號并對麥克風進行檢測，這部分功能在BC5的DSP上實現。下面首先簡要介紹DSP的特點及開發方式，然后介紹自診斷功能中麥克風檢測的實現。

CSR為其DSP定義了Kalimba的類匯編開發語言，并提供了很多有用的算子，可以被開發者直接調用編程以實現自定義功能。DSP跟外設的接口只有PIO，它無法直接和UART、USB、CODEC或藍牙數據鏈路接口，需要跟MCU一起完成具體應用。MCU和DSP之間基于中斷以消息的方式進行交互，消息數據采用DSP和MCU的共享內存收發，MCU和DSP都有發送接收消息的相應機制。

麥克風檢測需要對所產生的聲音信號采樣并運算處理。首先，MCU設置好麥克風ADC的采樣率和增益，同時設置好ADC數據流與DSP輸入端口的連接，DSP對輸入的ADC數據進行FFT運算，然后將運算結果以long message的方式發送給MCU，在MCU中做后續處理。MCU的設置代碼如下所示：
/*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，它是一個先進先出的環形緩沖區，Kaimba提供了對它進行操作的算子，包括讀數據、寫數據、查詢剩余空間和當前有效數據空間。對它進行操作前需要查詢剩余空間和查詢當前有效數據空間，這樣才能保證所取的輸入數據在時域上的連續性，操作后要更新讀寫指針，這樣才能保證其后續操作的正確性。

FFT運算的輸入實部即為麥克風采樣數據，虛部為零，是占位運算，即運算結果的輸出占用的是輸入數據的地址空間。根據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運算的點數，在這里選擇128點運算。根據傅里葉變換原理，頻率分辨率取決于運算點數和ADC的采樣速率，計算公式如下：
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...
為了保證運算正確，需要進行多次運算，首先設置一定時器實時刷新FFT輸入的實部數據，其次在每次FFT運算之前將虛部全部清零，將沒有得到賦值的實部數據全部清零。定時器周期根據ADC的采樣速率和運算點數決定，由于對FFT輸入數據的補零操作不會影響運算結果和頻率分辨率，所以在這里設定定時器周期為14ms，這樣輸入數據不會溢出。

運算完成后需要對實部和虛部進行求模運算，按照以上的逆序輸出，判斷峰值是不是出現在1kHz處即第56個點，是則麥克風工作正常，否則工作不正常。

結語
筆者采用BC5和MCF5251設計實現了車載信息娛樂設備，該設備運行穩定可靠，具有很高的實用價值。本文論述了BC5的應用開發經驗和關鍵技術，有助于采用BC5進行開發的藍牙工程師同仁加深對其設計開發的理解。