藍牙模塊和OMAP5910的接口技術

藍牙技術是一種無線數據與語音通信的開放性全球規范，是一種用于替代移動設備或固定電子設備之間連接電纜的近距離無線鏈路，藍牙工作在全球通用的2.4GHz頻段，數據速率為1Mb/s，采用時分雙工傳輸技術實現全雙工傳輸。作為取代數據電纜的短距離無線通信技術，藍牙支持點對點以及點對多點的通信，以無線方式將家庭或辦公室中的各種數據和語音設備連成一個微微網（Pico－net），幾個微微網還可以進一步實現互聯，形成一個分布式網絡（scatter－net），從而在這些連接設備之間實現快捷而方便的通信。本文介紹藍牙接口在嵌入式數字信號處理器OMAP5910上的實現，DSP對模擬信號進行采樣，并對A/D變換后的數字信號進行處理，通過藍牙接口傳輸到接收端，同樣，DSP對藍牙接收到的數字信號進行D/A變換，成為模擬信號。

1 藍牙模塊BRF6100

??? 藍牙信號的收發采用藍牙模塊BRF6100實現。BRF6100是TI公司最近推出的遵循藍牙V1.1標準的無線信號收發芯片，其升級型號BRF6150支持V1.2標準，BRF6100的主要特性有：具有片內數字無線處理器DRP（Digital Radio Processor）、數控振蕩器，片內射頻收發開關切換，內置ARM7嵌入式處理器等。

??? BRF6100的內部功能如圖1所示，接收信號時，收發開關置為收狀態，射頻信號從天線接收后，經過藍牙收發器直接傳輸到基帶信號處理器。基帶信號處理包括下變頻和采樣，BRF6100采用零中頻結構。數字信號存儲在RAM（容量為32KB）中，供ARM7處理器調用和處理，ARM7將處理后的數據從編碼接口輸出到其他設備，信號發過程是信號收的逆過程，此外，BRF6100還包括時鐘和電源管理模塊以及多個通用I/O口，供不同的外設使用。BRF6100的主機接口可以提供雙工的通用串口，可以方便地和PC機的RS232通信，也可以和DSP的緩沖串口通信。

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2 系統硬件結構

??? 整個系統由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變成數字語音信號；音頻DA將數字語音信號轉換成模擬語音信號，輸出到耳機或者音箱。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集成到一個芯片上，本系統使用TI公司的TLV320AIC10，設置采樣頻率為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上電調用；JTAG是DSP的仿真接口，DSP還提供HPI口，該接口可以和計算機連接，可以下載計算機中的文件并通過DA播放，也可以將數字語音信號傳輸到計算機保存和處理。

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??? 系統中的DSP采用OMAP5910，該DSP是TI公司推出的嵌入式DSP，具有雙處理器結構，片內集成ARM和DSP處理器。ARM用于控制外圍設備，DSP用于數據處理。OMAP5910中的DSP是基于TMS320C55X核的處理器，提供2個乘累加（MAC）單元，1個40位的算術邏輯單元和1個16位的算術邏輯單元，由于DSP采用了雙ALU結構，大部分指令可以并行運行，其工作頻率達150MHz，并且功耗更低。

??? OMAP5910中的ARM是基于ARM9核的TI925T處理器，包括1個協處理器，指令長度可以是16位或者32位。DSP和ARM可以協同工作，通過MMU控制，可以共享內存和外圍設備，OMAP5910可以用在多種領域，例如移動通信、視頻和圖像處理，音頻處理、圖形和圖像加速器、數據處理。本系統使用OMAP5910，用于個人移動通信。

3 BRF6100和OMAP5910的硬件設計

??? BRF6100和OMAP5910的連接是本系統硬件連接的重點，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。系統采用主模式，即OMAP5910提供2個時鐘到藍牙模塊BRF6100的語音接口的位和幀同步時鐘信號，MCSI接口的最高傳輸頻率可以達到6MHz，系統由于傳輸語音信號，設置幀同步信號為8KHz，與OMAP5910外接的音頻AD的采樣頻率一致。每幀傳輸的位根據需要可以設置成8或者16位，相應的位同步時鐘為64KHz或者128KHz，這些設置都可以通過設置OMAP5910的內部寄存器來改變，使用十分方便靈活。

??? OMAP5910和BRF6100的通信使用異步串口實現。如圖3中的RX1和TX1信號，為了保證雙方通信的可靠和實時，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為921.6KHz、460.8KHz、115.2KHz或者57.6KHz等四種。速率可以通過設置OMAP5910的內部寄存器來改變，BRF6100的異步串口速率通過OMAP5910進行設置。

??? 由于OMAP5910和BRF6100都具有一個ARM核，雙方的實時時鐘信號可以使用共同的時鐘信號，從而保證雙方實時時鐘的一致，圖3中，由OMAP5910輸出32.768KHz的時鐘信號到BRF6100的SLOW_CLK引腳。32.768KHz信號由外接晶體提供，晶體的穩定性必須滿足雙方的要求，一般穩定性要求在50×10－6數量級。

??? 圖3中，OMAP5910使用一個GPIO引腳控制BRF6100復位，必要時OMAP5910可以軟件復位藍牙模塊。OMAP5910使用另外一個GPIO引腳控制BRF6100的WP信號，WP為BRF6100的EEPROM寫保護信號，在正常工作狀態下將該引腳置高，確保不會改寫EEPROM中的數據。

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??? BRF6100的射頻天線可以采用Taiyo Yuden公司的AH104F2450S1型號的藍牙天線。該天線性能良好，已經應用在很多藍牙設備上，為了驗證天線是否有效，可以在產品設計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，控制信號可以來自BR6100或者OMAP5910。測試時，切換開關連通J2和J3，天線信號連接到同軸電纜，可以進一步連接到測試設備，可以方便地檢測天線的各種指標，實際使用中，切換開關連通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。

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4 OMAP5910的軟件設計

??? 整個系統的軟件設計方法有三種，根據不同的應用場合和系統的負責程序采用不同的設計方法，一般情況下，簡單的系統可以采用常規的軟件設計方法；較為復雜的系統可以采用DSP仿真軟件CCS提供的DSP/BIOS設計方法（DSP/BIOS是TI公司專門為DSP設計的嵌入式軟件設計方法）；最為復雜的系統需要采用嵌入式操作系統進行設計。目前，OMAP5912支持的操作系統包括WinCE、Linux、Nucleus以及VxWorks等，可以根據需要選擇不同的操作系統，本系統采用常規的軟件設計方法，其實現最為簡單方便。

??? 系統的軟件結構如圖5所示，軟件的結構中包括初始化模塊，鍵盤和液晶顯示、數據和語音通信、Flash讀寫以及藍牙信號收發等模塊，在初始化過程中設置鍵盤掃描時間、語音采樣頻率、顯示狀態等各種參數，整個系統初始化之后，程序進入監控模塊、監控模塊隨時判斷各個模塊的狀態，并進入相應的處理程序，數據通信模塊控制OMAP5910和藍牙模塊的數據接口，語音通信模塊控制OMAP5910和音頻AD/DA的接口，藍牙接口收發控制OMAP5910和藍牙模塊的信號收發，Flash讀寫模塊控制OMAP5910對其片外Flash的讀寫，必要時可以將某些重要數據傳輸到Flash中，此外，OMAP5910的上電引導程序也存儲在Flash中，鍵盤和顯示模塊控制系統的人機接口，PC通信模塊控制系統和PC機的連接。

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??? 由于OMAP5910具有C55系列DSP核，一些數字信號處理算法可以很容易實現，對于語音信號，可以進行濾波以提高語音質量，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到PC機，或者解壓后播放各式各樣的語音信號，使得系統的應用范圍更加廣泛和實用。

5 總結

??? 在OMAP5910的藍牙接口設計中，使用OMAP5910的多通道串口連接藍牙模塊BRF61001音頻接口，OMAP5910的異步串口連接藍牙模塊的通信口。藍牙模塊可以避免射頻信號到中頻信號的變換，使系統結構簡單、實現簡單。由于采用具有DSP核的處理器，系統還可以方便地應用到各種語音信號處理中。