藍(lán)牙模塊和OMAP5910的接口技術(shù)

引言

藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，是一種用于替代移動(dòng)設(shè)備或固定電子設(shè)備之間連接電纜的近距離無線鏈路，藍(lán)牙工作在全球通用的2.4ghz頻段，數(shù)據(jù)速率為1mb/s，采用時(shí)分雙工傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。作為取代數(shù)據(jù)電纜的短距離無線通信技術(shù)，藍(lán)牙支持點(diǎn)對點(diǎn)以及點(diǎn)對多點(diǎn)的通信，以無線方式將家庭或辦公室中的各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備連成一個(gè)微微網(wǎng)（pico－net），幾個(gè)微微網(wǎng)還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，形成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)（scatter－net），從而在這些連接設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)快捷而方便的通信。本文介紹藍(lán)牙接口在嵌入式數(shù)字信號處理器omap5910上的實(shí)現(xiàn)，dsp對模擬信號進(jìn)行采樣，并對a/d變換后的數(shù)字信號進(jìn)行處理，通過藍(lán)牙接口傳輸?shù)浇邮斩?，同樣，dsp對藍(lán)牙接收到的數(shù)字信號進(jìn)行d/a變換，成為模擬信號。

1 藍(lán)牙模塊brf6100

藍(lán)牙信號的收發(fā)采用藍(lán)牙模塊brf6100實(shí)現(xiàn)。brf6100是ti公司最近推出的遵循藍(lán)牙v1.1標(biāo)準(zhǔn)的無線信號收發(fā)芯片，其升級型號brf6150支持v1.2標(biāo)準(zhǔn)，brf6100的主要特性有：具有片內(nèi)數(shù)字無線處理器drp（digital radio processor）、數(shù)控振蕩器，片內(nèi)射頻收發(fā)開關(guān)切換，內(nèi)置arm7嵌入式處理器等。

brf6100的內(nèi)部功能如圖1所示，接收信號時(shí)，收發(fā)開關(guān)置為收狀態(tài)，射頻信號從天線接收后，經(jīng)過藍(lán)牙收發(fā)器直接傳輸?shù)交鶐盘柼幚砥??；鶐盘柼幚戆ㄏ伦冾l和采樣，brf6100采用零中頻結(jié)構(gòu)。數(shù)字信號存儲在ram（容量為32kb）中，供arm7處理器調(diào)用和處理，arm7將處理后的數(shù)據(jù)從編碼接口輸出到其他設(shè)備，信號發(fā)過程是信號收的逆過程，此外，brf6100還包括時(shí)鐘和電源管理模塊以及多個(gè)通用i/o口，供不同的外設(shè)使用。brf6100的主機(jī)接口可以提供雙工的通用串口，可以方便地和pc機(jī)的rs232通信，也可以和dsp的緩沖串口通信。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)由dsp、brf6100、音頻ad/da、液晶、鍵盤以及flash組成，硬件連接如圖2所示，dsp是核心控制單元，音頻ad用于將采集的模擬語音信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字語音信號；音頻da將數(shù)字語音信號轉(zhuǎn)換成模擬語音信號，輸出到耳機(jī)或者音箱。音頻ad和da的前端和后端都有放大和濾波電路，一般情況下，音頻ad和da集成到一個(gè)芯片上，本系統(tǒng)使用ti公司的tlv320aic10，設(shè)置采樣頻率為8khz，鍵盤用于輸入和控制，液晶顯示器顯示各種信息，flash保存dsp所需要的程序，供dsp上電調(diào)用；jtag是dsp的仿真接口，dsp還提供hpi口，該接口可以和計(jì)算機(jī)連接，可以下載計(jì)算機(jī)中的文件并通過da播放，也可以將數(shù)字語音信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)保存和處理。

系統(tǒng)中的dsp采用omap5910，該dsp是ti公司推出的嵌入式dsp，具有雙處理器結(jié)構(gòu)，片內(nèi)集成arm和dsp處理器。arm用于控制外圍設(shè)備，dsp用于數(shù)據(jù)處理。omap5910中的dsp是基于tms320c55x核的處理器，提供2個(gè)乘累加（mac）單元，1個(gè)40位的算術(shù)邏輯單元和1個(gè)16位的算術(shù)邏輯單元，由于dsp采用了雙alu結(jié)構(gòu)，大部分指令可以并行運(yùn)行，其工作頻率達(dá)150mhz，并且功耗更低。

omap5910中的arm是基于arm9核的ti925t處理器，包括1個(gè)協(xié)處理器，指令長度可以是16位或者32位。dsp和arm可以協(xié)同工作，通過mmu控制，可以共享內(nèi)存和外圍設(shè)備，omap5910可以用在多種領(lǐng)域，例如移動(dòng)通信、視頻和圖像處理，音頻處理、圖形和圖像加速器、數(shù)據(jù)處理。本系統(tǒng)使用omap5910，用于個(gè)人移動(dòng)通信。

3 brf6100和omap5910的硬件設(shè)計(jì)

brf6100和omap5910的連接是本系統(tǒng)硬件連接的重點(diǎn)，其具體連接如圖3所示，使用omap5910的mcsi接口連接brf61001語音接口。mcsi接口是omap5910特有的多通道串行接口（multi channel serial interface），具有位同步信號和幀同步信號。系統(tǒng)采用主模式，即omap5910提供2個(gè)時(shí)鐘到藍(lán)牙模塊brf6100的語音接口的位和幀同步時(shí)鐘信號，mcsi接口的最高傳輸頻率可以達(dá)到6mhz，系統(tǒng)由于傳輸語音信號，設(shè)置幀同步信號為8khz，與omap5910外接的音頻ad的采樣頻率一致。每幀傳輸?shù)奈桓鶕?jù)需要可以設(shè)置成8或者16位，相應(yīng)的位同步時(shí)鐘為64khz或者128khz，這些設(shè)置都可以通過設(shè)置omap5910的內(nèi)部寄存器來改變，使用十分方便靈活。

omap5910和brf6100的通信使用異步串口實(shí)現(xiàn)。如圖3中的rx1和tx1信號，為了保證雙方通信的可靠和實(shí)時(shí)，使用rts1和cts1引腳作為雙方通信的握手信號，異步串口的通信頻率可設(shè)為921.6khz、460.8khz、115.2khz或者57.6khz等四種。速率可以通過設(shè)置omap5910的內(nèi)部寄存器來改變，brf6100的異步串口速率通過omap5910進(jìn)行設(shè)置。

由于omap5910和brf6100都具有一個(gè)arm核，雙方的實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號可以使用共同的時(shí)鐘信號，從而保證雙方實(shí)時(shí)時(shí)鐘的一致，圖3中，由omap5910輸出32.768khz的時(shí)鐘信號到brf6100的slow_clk引腳。32.768khz信號由外接晶體提供，晶體的穩(wěn)定性必須滿足雙方的要求，一般穩(wěn)定性要求在50×10－6數(shù)量級。

圖3中，omap5910使用一個(gè)gpio引腳控制brf6100復(fù)位，必要時(shí)omap5910可以軟件復(fù)位藍(lán)牙模塊。omap5910使用另外一個(gè)gpio引腳控制brf6100的wp信號，wp為brf6100的eeprom寫保護(hù)信號，在正常工作狀態(tài)下將該引腳置高，確保不會改寫eeprom中的數(shù)據(jù)。

brf6100的射頻天線可以采用taiyo yuden公司的ah104f2450s1型號的藍(lán)牙天線。該天線性能良好，已經(jīng)應(yīng)用在很多藍(lán)牙設(shè)備上，為了驗(yàn)證天線是否有效，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段增加一段天線測試電路，如圖4所示，使用控制信號控制切換開關(guān)，控制信號可以來自br6100或者omap5910。測試時(shí)，切換開關(guān)連通j2和j3，天線信號連接到同軸電纜，可以進(jìn)一步連接到測試設(shè)備，可以方便地檢測天線的各種指標(biāo)，實(shí)際使用中，切換開關(guān)連通j2和j1，或者將該段電路去除，天線信號直接連接到brf6100的rf信號引腳。

4 omap5910的軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法有三種，根據(jù)不同的應(yīng)用場合和系統(tǒng)的負(fù)責(zé)程序采用不同的設(shè)計(jì)方法，一般情況下，簡單的系統(tǒng)可以采用常規(guī)的軟件設(shè)計(jì)方法；較為復(fù)雜的系統(tǒng)可以采用dsp仿真軟件ccs提供的dsp/bios設(shè)計(jì)方法（dsp/bios是ti公司專門為dsp設(shè)計(jì)的嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法）；最為復(fù)雜的系統(tǒng)需要采用嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前，omap5912支持的操作系統(tǒng)包括wince、linux、nucleus以及vxworks等，可以根據(jù)需要選擇不同的操作系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用常規(guī)的軟件設(shè)計(jì)方法，其實(shí)現(xiàn)最為簡單方便。

系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示，軟件的結(jié)構(gòu)中包括初始化模塊，鍵盤和液晶顯示、數(shù)據(jù)和語音通信、flash讀寫以及藍(lán)牙信號收發(fā)等模塊，在初始化過程中設(shè)置鍵盤掃描時(shí)間、語音采樣頻率、顯示狀態(tài)等各種參數(shù)，整個(gè)系統(tǒng)初始化之后，程序進(jìn)入監(jiān)控模塊、監(jiān)控模塊隨時(shí)判斷各個(gè)模塊的狀態(tài)，并進(jìn)入相應(yīng)的處理程序，數(shù)據(jù)通信模塊控制omap5910和藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)接口，語音通信模塊控制omap5910和音頻ad/da的接口，藍(lán)牙接口收發(fā)控制omap5910和藍(lán)牙模塊的信號收發(fā)，flash讀寫模塊控制omap5910對其片外flash的讀寫，必要時(shí)可以將某些重要數(shù)據(jù)傳輸?shù)絝lash中，此外，omap5910的上電引導(dǎo)程序也存儲在flash中，鍵盤和顯示模塊控制系統(tǒng)的人機(jī)接口，pc通信模塊控制系統(tǒng)和pc機(jī)的連接。

由于omap5910具有c55系列dsp核，一些數(shù)字信號處理算法可以很容易實(shí)現(xiàn)，對于語音信號，可以進(jìn)行濾波以提高語音質(zhì)量，如果傳輸音樂信號，可以加入音樂處理算法、例如混響、鑲邊、削峰等多種處理，可以將語音壓縮后傳輸?shù)絧c機(jī)，或者解壓后播放各式各樣的語音信號，使得系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更加廣泛和實(shí)用。

5 總結(jié)

在omap5910的藍(lán)牙接口設(shè)計(jì)中，使用omap5910的多通道串口連接藍(lán)牙模塊brf61001音頻接口，omap5910的異步串口連接藍(lán)牙模塊的通信口。藍(lán)牙模塊可以避免射頻信號到中頻信號的變換，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)簡單。由于采用具有dsp核的處理器，系統(tǒng)還可以方便地應(yīng)用到各種語音信號處理中。