藍(lán)牙模塊和OMAP5910的接口技術(shù)

摘  要：研究一種嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)()MAP59lO的藍(lán)牙接口實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)以DSP為核心，采用TI公司的BRF6100藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)V1．1協(xié)議，進(jìn)行無線信號收發(fā)；DSP配置音頻AD／DA，實(shí)現(xiàn)音頻信號采集和處理。該系統(tǒng)制造簡單，集成度高，適用于各種家庭和個(gè)人無線設(shè)備。
關(guān)鍵詞：藍(lán)牙模塊 嵌入式 OMAP5910 BRF61OO

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2．4 GHz頻段，數(shù)據(jù)速率為l Mb／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一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BRF61OO實(shí)現(xiàn)。BRF61OO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)。BRF6lOO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。BRF、6100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，BRF6lOO采用零中頻結(jié)構(gòu)。數(shù)字信號存儲(chǔ)在RAM(容量為32 KB)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。BRF61OO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TLV320AIClO，設(shè)置采樣頻率為8 kHz。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。OMAP59lO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)150 MHz，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BRF6100的語音接口。MCSI接口是OMAP5910特有的多通道串行接口(Multi Channel Serial 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BRF61OO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6 MHz。系統(tǒng)由于傳輸語音信號，設(shè)置幀同步信號為8 kHz，與0MAP5910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64 kHz或者128 kHz。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。

    0MAP5910和BRF6100的通信使用異步串口實(shí)現(xiàn)。如圖3中的RXl和TXl信號，為了保證雙方通信的可靠和實(shí)時(shí)，使用RTSl和CTSl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921．6 kHz、460．8 kHz、115．2 kHz或者57．6 kHz等四種。速率可以通過設(shè)置OMAP5910的內(nèi)部寄存器來改變，BRF61OO的異步串口速率通過OMAP5910進(jìn)行設(shè)置。

    由于0MAP5910和BRF61OO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OMAP591O輸出32．768kHz的時(shí)鐘信號到BRF6100的SLOW_CLK引腳。32．768 kHz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BRF61OO的復(fù)位，必要時(shí)0MAP5910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(huì)改寫EEPROM中的數(shù)據(jù)。

    BRF6100的射頻天線可以采用Taiyo Yuden公司的AHl04F2450S1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BRF6100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)的復(fù)雜程序采用不同的設(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)行軟件設(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)人相應(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OMAP59lO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)存儲(chǔ)到Flash中，此外OMAP5910的上電引導(dǎo)程序也存儲(chǔ)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?？梢詫⒄Z音壓縮后傳輸?shù)絇C機(jī)，或者解壓后播放各種格式的語音信號，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OMAP59lO的多通道串口連接藍(lán)牙模塊BRF6OO的音頻接口，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。