低成本跨平台蓝牙高级音频分发框架设计

摘要

高级音频分发框架（Advanced Audio Distribution Profile，简称A2DP）定义了在蓝牙设备间进行点到点的实时高品质音频传输的相关协议和规范。最高可提供300~400kbps的单向有效载荷，CD音频（码率：1411kbps）经该框架有损传输后，可与经MP3/AAC编码器有损压缩后音质相当。现广泛应用于手机、无线立体声耳机和车载娱乐系统等设备中。目前，市面上支持A2DP应用的设备中，大部分都是通过集成蓝牙模组来实现功能。这些模组实现了独立的蓝牙子系统，通常包含了微控制器（Micro Controller Unit，简称MCU）、数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称DSP）、内存、闪存和通信接口等来支持蓝牙协议栈和应用层软件的运行。而很多嵌入式设备，如掌上电脑、智能手机和车载导航设备等，其处理器的运算能力大强于模组的MCU，完全有能力代替模组来运行大部分蓝牙协议栈和应用层组件。因此，本课题通过对蓝牙协议栈和现有模组方案的分析，提出了基于高性能嵌入式处理器和蓝牙控制器芯片共同运行蓝牙协议栈和A2DP组件的优化方案。该方案通过主控制器接口（Host Controller Interface，简称HCI）实现。该接口是蓝牙核心协议的一部分，把蓝牙协议栈划分成主机和控制器两部分，并为主机访问控制器端定义了统一的软硬件接口。该接口的定义对于在具体硬件基础上自主灵活地构建蓝牙协议栈和应用起着决定性作用。这样，蓝牙设备只需集成蓝牙控制器芯片，由高性能处理器运行主机端协议栈和A2DP组件，即可实现功能。从而，大提高了蓝牙设备的处理器利用率和降低了硬件成本。与模组方案相比，新方案最大的问题是如何保证该设计的跨平台性和可移植性。新设计的具体实现，如主机端协议栈、A2DP组件和子带音频编码器（Sub-band Codec，简称SBC）等都将运行在目标设备中，与目标设备的软硬件环境密切相关。本课题通过操作系统、HCI和音频硬件操作抽象层的设计解决了这个难题。核心设计和具体嵌入式软硬件环境被这些抽象层隔离开。只需根据目标设备的软硬件环境修改这些抽象层，即可把A2DP方案移植到各种嵌入式平台上。新设计的初始版本在PC环境中开发，并在瑞萨SH77710多媒体处理器、QNX操作系统和英飞凌蓝牙HCI控制器所构成的嵌入式平台上得到了验证，实现了完整的A2DP功能。
　　 最后，新的A2DP方案主机端采用了模块化的设计方法，具有良好的扩展性。可通过应用层协议模块的替换扩展到其他各种蓝牙应用框架。