张闻鸣

摘要：车载蓝牙系统需要解决硬件和软件两方面的问题。硬件实现蓝牙的射频和基带部分，工作温度范围、可靠性和价格是在设计硬件时应考虑的重点问题;软件实现蓝牙的各种上层功能。免提电话作为蓝牙技术在车载系统中的主要应用，其应用规范已经成熟并获得众多手机厂商的支持。

关键词：车载;蓝牙系统;设计

蓝牙手机的工作示意图如图1所示。

如图1所示，射频芯片在2.4 GHz频段提供数据和语音无线双向传送。基带芯片包含跳频、信道加密解密、鉴权、SCO语音编解码等硬件，以及链路管理、HCI接口等固件。处理器运行蓝牙上层协议栈、应用规范和语音算法等核心软件。为方便描述，本书将射频、基带和处理器部分称为蓝牙子系统。汽车音响通过车内麦克风和扬声器为蓝牙子系统提供声音的输入输出。主控制器运行人机接口（MMI）等软件，对蓝牙子系统、汽车音响和其他车载电子设备进行集中控制管理，并将有关信息显示在图形用户界面（GUI）上。

一、蓝牙子系统结构分析

蓝牙子系统包含实现蓝牙车载应用规范有关的软、硬件。基带芯片通过UART（unlversal asynchronous receiver7transmitter，通用异步收发传输器）和SSI（synchronousserial interface，同步串行接口）连接处理器：HCI命令、数据和事件通过UART接口传输;SCO数据通过SSI接口传输。如前所述，处理器运行蓝牙上层协议栈、应用规范和语音算法等核心软件。

主板支持包（BSP）包含所有与硬件有关的代码，可以保证上层软件良好的硬件无关性ORTOS（real time operating system，实时操作系统）为软件提供良好的结构和实时性能。设计时应充分考虑RTOS的RAM（random access memory，随机存取存储器）、ROM（read only memory，只读存储器）占用大小、中断响应和任务切换时间，以及调度算法是否满足语音算法等部分对实时性的要求。蓝牙协议栈包括HCI HOST.L2CAP、SDP和RFCOMM等上层协议。在协议栈之上，按不同的应用要求放置有若干应用规范，如免提应用规范和耳机应用规范。由于新的应用规范不断出现，软件结构应便于加入新的应用规范，以备将来扩充应用范围。数据库提供记录的添加、删除和查找功能来管理本地和远端蓝牙设备的数据，通常这些数据存放在Flash存储器中。存放的数据有本地设备的蓝牙地址、设备名称、配对密码和SDP记录，以及远端设备的蓝牙地址、设备名称、SDP记录、链路密钥、鉴权和授权方案。由于系统需要和多个远端设备配对，因而数据库应有足够的容量来存放多个远端设备的数据。

蓝牙管理层（Bluetooth ME）对协议栈和数据库进行调用，使其按一定的流程工作，从而执行访问控制管理、连接管理和安全管理等。在车载蓝牙系统中还需要提供语音算法：在免提通话时对方可以听到自己的回声，需采用回声抵消（AEC）技术消除;行车过程中进行免提通话时，发动机噪声、路面噪声、风声会进入车内麦克风，影响通话质量，需采用噪音抑制（NS）技术抑制车内噪声以提高通话清晰度;为了增加行车安全，语音识别（VR）技术可以让驾驶员无须手动操作电子设备，通过预先录入的声音指令，驾驶员可以拨打电话、接听电话等。

二、蓝牙免提应用规范

蓝牙免提应用规范规定了在语音网关和免提设备之间建立蓝牙数据和语音连接的过程，以及免提设备如何基于该连接对手机进行远程控制，并访问外部网络以实现电话功能。

该规范中的语音网关是免提设备与外界进行语音通信的桥梁，一般语音网关是指GSM或CDI/IA（code division multiple access，码分多址）手机。通过语音网关，免提设备可以使用蜂窝网提供的电话服务。免提设备和语音网关连通后，用户可以进行免提通话。在这里免提设备一般指车载蓝牙系统。该规范规定了语音网关和免提设备应支持的特性，语音網关和免提设备必须支持建立服务级连接（SLC）o所有的控制信令在SLC上传递。

车载蓝牙系统是免提设备，手机充当语音网关。图中的手机具有蓝牙功能，第一次使用前需要和车载蓝牙系统进行绑定，用户输入正确的密码后，绑定即告成功。此后，经过绑定的蓝牙手机靠近车载蓝牙系统10m左右，两者就能自动建立连接。

蓝牙免提应用规范是通过在RFCOMI上传送专用控制命令来实现的，这些命令是通用AT指令集的一个子集，同时添加了有关的专用指令。通过这些AT指令可以完成电话状态显示、接听、拒绝、挂断、传输双音多频码（DTMF）、远程音量控制、控制回声抵消、噪声抑制和语音识别等功能。

另外，为了满足互操作性要求，蓝牙免提应用规范还就蓝牙信道的连接过程、安全管理等方面做出了一些规定。蓝牙免提应用规范规定语音网关和免提设备之间进行绑定时，语音网关应该是发起者。语音网关发起设备查询，免提设备进行查询扫描，通过设备查询语音网关就可以找到有效范围内的免提设备。然后语音网关通过呼叫（ paging）与免提设备建立连接，发起绑定流程。在该情况下，语音网关只能作为主设备，免提设备为从设备。绑定完成后，可以由免提设备或语音网关任何一方发起连接请求，没有固定的主-从设备之分。

蓝牙免提应用规范本身不对蓝牙链路的安全性提出强制性要求。就免提应用而言，为了保证通话内容的安全性，应进行鉴权和加密。鉴权是设备一方通过检查链路密钥来验证对方设备的合法性，鉴权可以双向进行;加密是对两个设备间的ACL数据按一定算法进行处理，生成加密数据。只有知道正确的解密密钥，才可以由加密数据恢复出原始数据。

蓝牙耳机应用规范

在车载蓝牙系统中，蓝牙耳机主要也是用作免提，可以认为蓝牙耳机应用规范是蓝牙免提应用规范的简化版本，只能完成有限的功能。由于蓝牙耳机的用户接口很简单，一般为少量按键和LED显示，因此蓝牙耳机应用规范只定义了简单的功能，包括数据链路、语音链路的建立和拆除，可选对语音网关和车载蓝牙系统之间的音量同步控制支持等。通过蓝牙耳机应用规范，可以进行接听电话、挂断电话、声控拨号等基本的免提通话操作。