Solución de auricular CSR Bluetooth

Los auriculares Bluetooth proporcionan una forma segura e inalámbrica de enviar y recibir llamadas y realizar transmisiones de voz. Especialmente cuando el usuario no puede sostener el teléfono móvil,

Los auriculares Bluetooth proporcionan una forma segura e inalámbrica de enviar y recibir llamadas y realizar transmisiones de voz. Especialmente cuando el usuario no puede sostener el teléfono móvil, este método es particularmente conveniente. El usuario de los auriculares Bluetooth puede moverse libremente dentro del rango en el que se puede mantener la conexión y puede comunicarse con una variedad de dispositivos, y es ampliamente utilizado.


Este texto se basa en el sistema integrado CSR Blue Core5Multi2MediaExternal (CSRBC52MME), continúa la investigación de diseño y la realización de auriculares bluetooth. CSR es el proveedor líder mundial de tecnología Bluetooth. Su plataforma integrada Blue Core5 tiene un DSP en chip de alto rendimiento. Es la única plataforma Bluetooth que puede admitir software de mejora de audio de terceros. Puede proporcionar una excelente calidad de sonido y la mejor información de su clase. La relación de ruido alcanza los -90dB y es el líder de la industria en consumo de energía y diseño de radio. Actualmente es la plataforma de desarrollo preferida para productos de auriculares. A través de la tecnología de comunicación inalámbrica de frecuencia de radio de corta distancia de 2,4 GHz en la banda ISM, se utilizan conexiones inalámbricas de corta distancia y de bajo costo en lugar de conexiones de cable. La tecnología Bluetooth proporciona una conexión unificada para redes de datos existentes e interfaces de dispositivos periféricos pequeños. El auricular Bluetooth sigue la especificación de auricular Bluetooth y la especificación de manos libres definida por la organización Bluetooth SIG, y realiza la comunicación inalámbrica entre el auricular y la puerta de enlace de audio.


蓝牙耳机研发设计

1. Introducción a la plataforma de hardware de los auriculares Bluetooth

El diseño del sistema es un producto de auricular Bluetooth de gama media a alta con procesamiento de reducción de ruido de micrófono dual de un solo canal. Tiene un interruptor de encendido separado, 1 botón multifunción y 1 luz LED de 3 colores. Utiliza el chip Blue Core5Multimedia de CSR con memoria FLASH externa. , Utilice el sistema de desarrollo de software de auriculares CSR Blue Lab para admitir la síntesis de voz integrada, es decir, la función de texto a voz (TTS) y la función de reconocimiento de voz. Es altamente personalizable y flexible en función, y hay diferentes opciones de empaque para la selección , Hay un procesador de cancelación de ruido de audio DSP dedicado y una gran cantidad de interfaces periféricas como I2C, USB, UART, PCM / I2S / SPDIF y otras interfaces. El diagrama de bloques del módulo de hardware de los auriculares Bluetooth se muestra en la Figura 1. Las principales características de la plataforma BC52MME:

图 1 蓝牙耳机硬件模块框图

(1) La MCU de 16b tiene una velocidad de 100MHz y puede admitir hasta 32Mb FLASH externo y 48kB RAM interna. (2) El coprocesador Kalimba DSP de potencia ultrabaja, 64MIPS, puede integrar software de terceros y proporcionar procesamiento de audio de alta calidad, como cancelación de ruido. (3) Procesamiento 16bADC y DAC de doble canal, compatible con MIC dual y SPK dual, puede lograr audio estéreo. (4) Tiene interfaces ricas como UART, USB, SPI, PCM, I2S / SPDIF, que pueden realizar conexión y comunicación con dispositivos externos. (5) Hay 2 interfaces LED dedicadas, que pueden realizar el efecto de parpadeo de aparición y desaparición gradual.


En segundo lugar, la plataforma de software de los auriculares Bluetooth.

El software de los auriculares Bluetooth está diseñado y desarrollado de forma independiente en base a la plataforma de software Blue Lab del entorno de desarrollo integrado Blue Core proporcionada por CSR. La plataforma de software Blue Lab es una herramienta de desarrollo de software desarrollada por CSR para sus chips de alta gama. El contenido incluye las herramientas de desarrollo relacionadas con la plataforma, la biblioteca de protocolos Bluetooth y algo de código fuente. El diseño utiliza la plataforma de software proporcionada por CSR para personalizar y desarrollar productos de auriculares Bluetooth. El software del auricular Bluetooth se puede dividir en dos partes: la parte del sistema de protocolo Bluetooth y la aplicación de especificación del auricular Bluetooth.


2.1 Pila de protocolos de auriculares Bluetooth


Como se muestra en la Figura 2, el sistema de protocolo Bluetooth se puede dividir en 4 capas, incluida la capa de protocolo central, la capa de protocolo de cable alternativo, la capa de protocolo de control telefónico y la capa de protocolo opcional. Cada capa tiene algunos protocolos específicos:

图 2 蓝牙耳机协议体系结构

(1) Protocolos principales: banda base, protocolo de gestión de enlace (LMP), protocolo de adaptación y control de enlace lógico (L2CAP), protocolo de descubrimiento de servicio (SDP); (2) protocolo de cable alternativo: protocolo de emulación de circuito serie (RFCOMM) ; (3) Protocolo de control telefónico: especificación de control telefónico binario (TCSBi2nary) y comando AT2 (AT2Command); (4) protocolo opcional: protocolo punto a punto (PPP), protocolo de intercambio de objetos (OBEX), etc. La interfaz del controlador de host (HCI) proporciona una interfaz de comando para acceder al controlador de banda base, el controlador de enlace y los registros de control y estado del hardware. En la Figura 2, la capa de HCI se encuentra debajo de L2CAP.


2.2 Especificaciones de los auriculares Bluetooth


Las especificaciones de la aplicación en el software de los auriculares Bluetooth incluyen el protocolo de perfil de auriculares (HSP), el protocolo de perfil de manos libres (HFP), el protocolo de perfil de audio avanzado (A2DP), el protocolo de perfil de control remoto de audio y video (AVRCP), etc. En la actualidad, el protocolo de perfil de auricular y el protocolo de perfil de manos libres son el contenido que debe ser compatible con los auriculares Bluetooth; mientras que los auriculares Bluetooth estéreo de alta gama agregarán soporte para protocolos de perfil de audio y protocolos de perfil de control remoto de audio y video.


3. Diseño e implementación del software de auriculares Bluetooth

3.1 Estructura de tareas y flujo de mensajes de Blue Core


En el entorno de desarrollo integrado Blue Core, por un lado, puede configurar el entorno de desarrollo y compilación del proyecto correspondiente para facilitar la depuración del software; por otro lado, puede utilizar la biblioteca del protocolo Bluetooth y parte del código fuente, es decir, el firmware Blue Core y algunos archivos del protocolo Bluetooth, como Se muestra en la Figura 3. Basado en la estructura en capas del software integrado, solo necesita concentrarse en el desarrollo y la implementación del perfil de la aplicación. En la Figura 3:

图 3 BlueCore 嵌入式软件分层架构

(1) Tarea: Cada Tarea corresponde a 1 tarea, que corresponde a 1 bloque básico, y múltiples bloques forman una aplicación.Cada tarea completa la conexión de interfaz entre la aplicación y el firmware Blue Core y es responsable de la función correspondiente. Cada tarea tiene una función de procesamiento de mensajes y la estructura de estado de la tarea correspondiente. Todas las tareas se ejecutan en un solo proceso y no se permite procesar varias tareas en paralelo.


(2) Mensaje: Mensaje es para completar la transferencia de información entre tareas. Su forma de parámetro y significado son los siguientes: Tarea t: Identificar la dirección de destino del mensaje, que es el puntero de la tarea receptora; Id. De mensaje: La etiqueta del mensaje, cuando la tarea recibe el mensaje Se utiliza para identificar y llamar a la función de función correspondiente; Carga útil del mensaje: La carga del mensaje debe incluir los datos de estado requeridos, para que la función de procesamiento se pueda procesar correctamente. La memoria de la carga útil debe liberarse después de que se entregue el mensaje. El contenido de la carga útil es opcional y se puede establecer en Null. Una vez enviado el mensaje, todos los mensajes deben ingresar a la cola FIFO de mensajes para el procesamiento de la cola y el reenvío. La función Message Loop controla el ciclo principal de programación y procesa los mensajes de la tarea de despacho; cada despacho verifica el primer mensaje en la cola y lo envía a la tarea correspondiente.La ubicación de la llamada se muestra en la sección de pseudocódigo en la Sección 3.3.


3.2 Diseño de MMI y diseño de tareas


El software de los auriculares Bluetooth se basa en la arquitectura jerárquica y el mecanismo de mensajes del software integrado Blue Core, y está diseñado e implementado de acuerdo con los requisitos de la interfaz hombre-máquina (MMI). El diseño MMI de la interfaz hombre-máquina de los auriculares Bluetooth está relacionado con el posicionamiento y la complejidad del producto. El auricular Bluetooth diseñado en este artículo es compatible con el protocolo de perfil de auricular, protocolo de perfil de manos libres, realiza la función de llamada de voz y completa la prueba de compatibilidad del producto. El diseño de MMI incluye principalmente cuatro partes: función de botón, indicación LED, mensaje de voz y proceso de operación de estado de Bluetooth. De acuerdo con los requisitos de diseño de MMI, se divide en: tarea de administración de entrada de E / S (io en tarea), tarea de administración de salida de E / S (tarea de salida io), tarea de administración de perfil de Bluetooth (tarea prof), tarea de administración de perfil de auricular (tarea hshf) , Tarea de gestión del controlador de audio (Tarea de audio) y Tarea de gestión de energía de la batería (Tarea batt) 6 tareas de aplicación.


(1) Tareas de administración de entrada de E / S: ①Inicializar la tarea, solicitar la memoria de la tarea e inicializar las variables y la función de procesamiento de mensajes de la tarea; ②Inicializar el puerto de E / S de entrada de configuración, inicializar de acuerdo con la tabla de propiedades del puerto de entrada de E / S; ③ Inicializar eventos de entrada de E / S, inicializar de acuerdo con la lista de eventos; ④ Administrar y enviar los eventos de activación correspondientes a diferentes tareas.


(2) Tareas de administración de salida de E / S: ①Inicializar la tarea, solicitar la memoria de la tarea e inicializar las variables y la función de procesamiento de mensajes de la tarea; ②Inicializar el puerto de E / S de salida de configuración, inicializar de acuerdo con la tabla de atributos de salida de E / S; ③I / La gestión de salida O, incluidos los puertos PIO y LED dedicados, se gestiona en la función de procesamiento de tareas de acuerdo con el modo de parpadeo del LED y los requisitos de tiempo.


(3) Tareas de administración de perfiles de Bluetooth: ①Inicialice la tarea, solicite la memoria de tareas e inicialice las variables y la función de procesamiento de mensajes de la tarea; ②Inicialice y administre el modo de funcionamiento de los auriculares, inicialice la Tarea de conexión de la pila del protocolo Bluetooth; ③ Administre el estado de Bluetooth, regístrese, Pregunte sobre la gestión de transferencia de estado de Bluetooth durante el proceso de emparejamiento, autenticación, reconexión y otros dispositivos conectados por Bluetooth; muestre el MMI correspondiente según el estado de Bluetooth.


(4) Tareas de gestión del perfil de los auriculares: ①Inicialice la tarea, solicite la memoria de tareas e inicialice las variables y la función de procesamiento de mensajes de la tarea; ②Inicialice el protocolo de perfil Bluetooth HSP y HFP; ③Gestionar el procesamiento de llamadas de los auriculares Bluetooth, que es una de las tareas importantes de los auriculares Bluetooth .


(5) Tareas de administración del controlador de audio: ①Inicialice la tarea, solicite la memoria de la tarea e inicialice las variables y la función de procesamiento de mensajes de la tarea; ②Ajuste la ganancia del altavoz y el micrófono; ③Configure el canal de audio SCO de la plataforma. (6) Tarea de administración de energía de la batería ①Inicialice la tarea, solicite la memoria de la tarea e inicialice las variables y la función de procesamiento de mensajes de la tarea; ②Pantalla y algoritmo de potencia de carga; ③Pantalla y algoritmo de potencia de descarga.


Las diferentes funciones se distinguen por tarea, que es fácil de entender, flexible y ampliable. Los módulos de tareas se pueden agregar o proteger mediante un módulo de tareas. Cada tarea puede realizar la comunicación entre cada tarea a través del mecanismo de mensajes FIFO de Blue Core, para realizar la función de auricular Bluetooth, como se muestra en la Figura 4.

图 4 蓝牙耳机功能

3.3 Proceso de inicialización y funcionamiento de los auriculares Bluetooth


El pin VREGENABLEH en el chip BC52MMExt puede ser compatible con un voltaje máximo de 4.9V. Cuando el pin se levanta mediante un pulso de alto nivel durante 2 s, el firmware se ejecuta y bloquea el pull up internamente. Después de eso, el pin se puede utilizar como pin de entrada. Una vez que se completa el inicio del firmware, se ejecuta la máquina virtual VM, que proporciona un entorno de ejecución para la tarea de la aplicación.


Después de que se inicializan los auriculares, los auriculares entran primero en el modo de emparejamiento (modo de emparejamiento o modo de exploración de consultas), AG (puerta de enlace de audio) consulta (modo de consulta) los dispositivos emparejados actualmente disponibles y la verificación de autenticación de contraseña se puede realizar después de encontrar el dispositivo de auriculares. Después de pasar la autenticación, los auriculares y AG pueden ser Realizar una conexión de servicio (establecimiento de SLC). Después de eso, el auricular Bluetooth ingresa al modo de espera normal y puede realizar operaciones relacionadas, como llamadas entrantes y marcación, que cumplen con la especificación del perfil HSP / HFP. El auricular puede pasar la prueba de función PTS (sistema de prueba de línea frontal) y ajustarse al proceso de comunicación del protocolo de perfil HSP y HFP de auricular Bluetooth.


Conclusión


Basado en el diseño de la plataforma integrada CSR Bluetooth, se realiza la función de llamada de los auriculares Bluetooth. A través de una investigación en profundidad sobre la plataforma del sistema integrado Blue Core5Multimedia, la plataforma tiene las características de alto rendimiento, alta flexibilidad y personalización, lo que es adecuado para el desarrollo de productos de auriculares de alta gama. Los productos de auriculares Bluetooth en esta plataforma seguramente ganarán el mercado de clientes de alto nivel y tendrán una importancia importante para las aplicaciones.