一種車載藍(lán)牙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

張聞鳴

摘要：車載藍(lán)牙系統(tǒng)需要解決硬件和軟件兩方面的問題。硬件實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的射頻和基帶部分，工作溫度范圍、可靠性和價(jià)格是在設(shè)計(jì)硬件時(shí)應(yīng)考慮的重點(diǎn)問題;軟件實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的各種上層功能。免提電話作為藍(lán)牙技術(shù)在車載系統(tǒng)中的主要應(yīng)用，其應(yīng)用規(guī)范已經(jīng)成熟并獲得眾多手機(jī)廠商的支持。

關(guān)鍵詞：車載;藍(lán)牙系統(tǒng);設(shè)計(jì)

藍(lán)牙手機(jī)的工作示意圖如圖1所示。

如圖1所示，射頻芯片在2.4 GHz頻段提供數(shù)據(jù)和語(yǔ)音無(wú)線雙向傳送。基帶芯片包含跳頻、信道加密解密、鑒權(quán)、SCO語(yǔ)音編解碼等硬件，以及鏈路管理、HCI接口等固件。處理器運(yùn)行藍(lán)牙上層協(xié)議棧、應(yīng)用規(guī)范和語(yǔ)音算法等核心軟件。為方便描述，本書將射頻、基帶和處理器部分稱為藍(lán)牙子系統(tǒng)。汽車音響通過車內(nèi)麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器為藍(lán)牙子系統(tǒng)提供聲音的輸入輸出。主控制器運(yùn)行人機(jī)接口（MMI）等軟件，對(duì)藍(lán)牙子系統(tǒng)、汽車音響和其他車載電子設(shè)備進(jìn)行集中控制管理，并將有關(guān)信息顯示在圖形用戶界面（GUI）上。

一、藍(lán)牙子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

藍(lán)牙子系統(tǒng)包含實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙車載應(yīng)用規(guī)范有關(guān)的軟、硬件?；鶐酒ㄟ^UART（unlversal asynchronous receiver7transmitter，通用異步收發(fā)傳輸器）和SSI（synchronousserial interface，同步串行接口）連接處理器：HCI命令、數(shù)據(jù)和事件通過UART接口傳輸;SCO數(shù)據(jù)通過SSI接口傳輸。如前所述，處理器運(yùn)行藍(lán)牙上層協(xié)議棧、應(yīng)用規(guī)范和語(yǔ)音算法等核心軟件。

主板支持包（BSP）包含所有與硬件有關(guān)的代碼，可以保證上層軟件良好的硬件無(wú)關(guān)性O(shè)RTOS（real time operating system，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）為軟件提供良好的結(jié)構(gòu)和實(shí)時(shí)性能。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮RTOS的RAM（random access memory，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）、ROM（read only memory，只讀存儲(chǔ)器）占用大小、中斷響應(yīng)和任務(wù)切換時(shí)間，以及調(diào)度算法是否滿足語(yǔ)音算法等部分對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。藍(lán)牙協(xié)議棧包括HCI HOST.L2CAP、SDP和RFCOMM等上層協(xié)議。在協(xié)議棧之上，按不同的應(yīng)用要求放置有若干應(yīng)用規(guī)范，如免提應(yīng)用規(guī)范和耳機(jī)應(yīng)用規(guī)范。由于新的應(yīng)用規(guī)范不斷出現(xiàn)，軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加入新的應(yīng)用規(guī)范，以備將來(lái)擴(kuò)充應(yīng)用范圍。數(shù)據(jù)庫(kù)提供記錄的添加、刪除和查找功能來(lái)管理本地和遠(yuǎn)端藍(lán)牙設(shè)備的數(shù)據(jù)，通常這些數(shù)據(jù)存放在Flash存儲(chǔ)器中。存放的數(shù)據(jù)有本地設(shè)備的藍(lán)牙地址、設(shè)備名稱、配對(duì)密碼和SDP記錄，以及遠(yuǎn)端設(shè)備的藍(lán)牙地址、設(shè)備名稱、SDP記錄、鏈路密鑰、鑒權(quán)和授權(quán)方案。由于系統(tǒng)需要和多個(gè)遠(yuǎn)端設(shè)備配對(duì)，因而數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)有足夠的容量來(lái)存放多個(gè)遠(yuǎn)端設(shè)備的數(shù)據(jù)。

藍(lán)牙管理層（Bluetooth ME）對(duì)協(xié)議棧和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行調(diào)用，使其按一定的流程工作，從而執(zhí)行訪問控制管理、連接管理和安全管理等。在車載藍(lán)牙系統(tǒng)中還需要提供語(yǔ)音算法：在免提通話時(shí)對(duì)方可以聽到自己的回聲，需采用回聲抵消（AEC）技術(shù)消除;行車過程中進(jìn)行免提通話時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、路面噪聲、風(fēng)聲會(huì)進(jìn)入車內(nèi)麥克風(fēng)，影響通話質(zhì)量，需采用噪音抑制（NS）技術(shù)抑制車內(nèi)噪聲以提高通話清晰度;為了增加行車安全，語(yǔ)音識(shí)別（VR）技術(shù)可以讓駕駛員無(wú)須手動(dòng)操作電子設(shè)備，通過預(yù)先錄入的聲音指令，駕駛員可以撥打電話、接聽電話等。

二、藍(lán)牙免提應(yīng)用規(guī)范

藍(lán)牙免提應(yīng)用規(guī)范規(guī)定了在語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)和免提設(shè)備之間建立藍(lán)牙數(shù)據(jù)和語(yǔ)音連接的過程，以及免提設(shè)備如何基于該連接對(duì)手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并訪問外部網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)電話功能。

該規(guī)范中的語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)是免提設(shè)備與外界進(jìn)行語(yǔ)音通信的橋梁，一般語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)是指GSM或CDI/IA（code division multiple access，碼分多址）手機(jī)。通過語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)，免提設(shè)備可以使用蜂窩網(wǎng)提供的電話服務(wù)。免提設(shè)備和語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)連通后，用戶可以進(jìn)行免提通話。在這里免提設(shè)備一般指車載藍(lán)牙系統(tǒng)。該規(guī)范規(guī)定了語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)和免提設(shè)備應(yīng)支持的特性，語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)和免提設(shè)備必須支持建立服務(wù)級(jí)連接（SLC）o所有的控制信令在SLC上傳遞。

車載藍(lán)牙系統(tǒng)是免提設(shè)備，手機(jī)充當(dāng)語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)。圖中的手機(jī)具有藍(lán)牙功能，第一次使用前需要和車載藍(lán)牙系統(tǒng)進(jìn)行綁定，用戶輸入正確的密碼后，綁定即告成功。此后，經(jīng)過綁定的藍(lán)牙手機(jī)靠近車載藍(lán)牙系統(tǒng)10m左右，兩者就能自動(dòng)建立連接。

藍(lán)牙免提應(yīng)用規(guī)范是通過在RFCOMI上傳送專用控制命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些命令是通用AT指令集的一個(gè)子集，同時(shí)添加了有關(guān)的專用指令。通過這些AT指令可以完成電話狀態(tài)顯示、接聽、拒絕、掛斷、傳輸雙音多頻碼（DTMF）、遠(yuǎn)程音量控制、控制回聲抵消、噪聲抑制和語(yǔ)音識(shí)別等功能。

另外，為了滿足互操作性要求，藍(lán)牙免提應(yīng)用規(guī)范還就藍(lán)牙信道的連接過程、安全管理等方面做出了一些規(guī)定。藍(lán)牙免提應(yīng)用規(guī)范規(guī)定語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)和免提設(shè)備之間進(jìn)行綁定時(shí)，語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)應(yīng)該是發(fā)起者。語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)發(fā)起設(shè)備查詢，免提設(shè)備進(jìn)行查詢掃描，通過設(shè)備查詢語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)就可以找到有效范圍內(nèi)的免提設(shè)備。然后語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)通過呼叫（ paging）與免提設(shè)備建立連接，發(fā)起綁定流程。在該情況下，語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)只能作為主設(shè)備，免提設(shè)備為從設(shè)備。綁定完成后，可以由免提設(shè)備或語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)任何一方發(fā)起連接請(qǐng)求，沒有固定的主-從設(shè)備之分。

藍(lán)牙免提應(yīng)用規(guī)范本身不對(duì)藍(lán)牙鏈路的安全性提出強(qiáng)制性要求。就免提應(yīng)用而言，為了保證通話內(nèi)容的安全性，應(yīng)進(jìn)行鑒權(quán)和加密。鑒權(quán)是設(shè)備一方通過檢查鏈路密鑰來(lái)驗(yàn)證對(duì)方設(shè)備的合法性，鑒權(quán)可以雙向進(jìn)行;加密是對(duì)兩個(gè)設(shè)備間的ACL數(shù)據(jù)按一定算法進(jìn)行處理，生成加密數(shù)據(jù)。只有知道正確的解密密鑰，才可以由加密數(shù)據(jù)恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。

藍(lán)牙耳機(jī)應(yīng)用規(guī)范

在車載藍(lán)牙系統(tǒng)中，藍(lán)牙耳機(jī)主要也是用作免提，可以認(rèn)為藍(lán)牙耳機(jī)應(yīng)用規(guī)范是藍(lán)牙免提應(yīng)用規(guī)范的簡(jiǎn)化版本，只能完成有限的功能。由于藍(lán)牙耳機(jī)的用戶接口很簡(jiǎn)單，一般為少量按鍵和LED顯示，因此藍(lán)牙耳機(jī)應(yīng)用規(guī)范只定義了簡(jiǎn)單的功能，包括數(shù)據(jù)鏈路、語(yǔ)音鏈路的建立和拆除，可選對(duì)語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)和車載藍(lán)牙系統(tǒng)之間的音量同步控制支持等。通過藍(lán)牙耳機(jī)應(yīng)用規(guī)范，可以進(jìn)行接聽電話、掛斷電話、聲控?fù)芴?hào)等基本的免提通話操作。