通過具有藍牙功能的手機，藍牙車載系統(tǒng)可以實現(xiàn)汽車自動故障診斷、電子導(dǎo)航等多種富有創(chuàng)意的應(yīng)用。本文介紹了這些應(yīng)用設(shè)計思路，并詳細分析了藍牙車載系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和藍牙免提應(yīng)用規(guī)范。
車載系統(tǒng)正向智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，汽車市場已經(jīng)成為電子工業(yè)一個重要的增長點，無線通信技術(shù)在汽車等移動系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。本文介紹的汽車藍牙應(yīng)用主要以手機為無線網(wǎng)關(guān)，車載系統(tǒng)通過藍牙無線鏈路和手機連接，再連入外部無線網(wǎng)絡(luò)。利用該方案，用戶通過一部藍牙手機就可以方便地使用以下功能：
免提電話：用戶進入車內(nèi)，車載系統(tǒng)自動連接上用戶手機。用戶在駕車時，無須用手操作就可以用聲控完成撥號、接聽、掛斷和音量調(diào)節(jié)等功能，通過車內(nèi)麥克風(fēng)和音響系統(tǒng)進全雙工免提通話。
汽車遙控：用戶可以在10米范圍內(nèi)用手機控制車門和車中的各類開關(guān)。
音樂下載：用戶可以通過手機下載音樂到汽車音響中播放。
電子導(dǎo)航：用戶可以通過手機下載電子地圖等數(shù)據(jù)到車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中，導(dǎo)航系統(tǒng)得到當(dāng)前坐標(biāo)參數(shù)再通過手機短信傳回導(dǎo)航中心。
汽車自動故障診斷系統(tǒng)：車載系統(tǒng)可以通過手機將故障代碼等信息發(fā)往維修中心，維修中心派人前來修理時可以按故障代碼等信息準備好相應(yīng)的配件和修理工具。
藍牙在車載系統(tǒng)中的全面應(yīng)用需要解決硬件和軟件方面的問題。硬件實現(xiàn)藍牙的射頻和基帶部分，工作溫度范圍、可靠性和價格是在設(shè)計硬件時應(yīng)考慮的重點問題，車載系統(tǒng)的各種上層功能由軟件實現(xiàn)。免提電話作為藍牙在車載系統(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廠商的支持。
射頻芯片在2.4GHz頻段提供數(shù)據(jù)和語音無線雙向傳送�；鶐酒l、信道加密解密、鑒權(quán)、SCO語音編解碼等硬件，以及鏈路管理、HCI接口等固件。處理器運行藍牙上層協(xié)議棧、應(yīng)用規(guī)范和語音算法等核心軟件。為方便描述，本文將射頻、基帶和處理器部分稱為藍牙子系統(tǒng)。汽車音響通過車內(nèi)麥克風(fēng)和揚聲器為藍牙子系統(tǒng)提供聲音的輸入輸出。主控制器運行人機接口（MMI）等軟件，對藍牙子系統(tǒng)、汽車音響和其他車載電子設(shè)備進行集中控制管理，并將有關(guān)信息顯示在圖形用戶界面（GUI）上。
一、藍牙子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析
藍牙子系統(tǒng)包含實現(xiàn)藍牙車載應(yīng)用規(guī)范有關(guān)的軟硬件。基帶芯片通過UART和SSI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，處理器運行藍牙上層協(xié)議棧、應(yīng)用規(guī)范和語音算法等核心軟件。圖2給出了藍牙子系統(tǒng)中處理器上運行的軟件結(jié)構(gòu)。
電路支持包（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關(guān)性。RTOS為軟件提供良好的結(jié)構(gòu)和實時性能。設(shè)計時應(yīng)充分考慮RTOS的RAM、ROM占用大小、中斷響應(yīng)和任務(wù)切換時間，以及調(diào)度算法是否滿足語音算法等部分對實時性的要求。藍牙協(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)范以備將來擴充應(yīng)用范圍。數(shù)據(jù)庫提供記錄的添加、刪除和查找功能來管理本地和遠端藍牙設(shè)備的數(shù)據(jù)，通常這些數(shù)據(jù)存放在Flash存儲器中。存放的數(shù)據(jù)有本地設(shè)備的藍牙地址、設(shè)備名稱、配對密碼和SDP記錄，以及遠端設(shè)備的藍牙地址、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)需要和多個遠端設(shè)備配對，數(shù)據(jù)庫應(yīng)有足夠的容量來存放多個遠端設(shè)備的數(shù)據(jù)。
藍牙管理層（Bluetooth ME）對協(xié)議棧和數(shù)據(jù)庫調(diào)用使其按一定流程工作，從而執(zhí)行訪問控制管理、連接管理和安全管理等。在車載系統(tǒng)中還需要提供語音算法，因為在免提通話時對方可以聽到自己的回聲，可以采用回聲抵消（AEC）技術(shù)來消除。行車過程中進行免提通話時，發(fā)動機噪聲、路面噪聲、風(fēng)聲會進入車內(nèi)麥克風(fēng)，影響通話質(zhì)量。采用噪音抑制（NS）技術(shù)可以抑制車內(nèi)噪聲以提高通話清晰度。
為了增加行車安全，語音識別（VR）技術(shù)可以讓駕駛員無需手動操作電子設(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；語音合成（VS）技術(shù)用語音信號提醒駕駛員需要進行的操作或一些值得注意的信息；語音管理層對各種語音算法模塊進行管理，如配置算法參數(shù)和緩沖區(qū)數(shù)據(jù)輸入輸出等；人機接口層（MMI Interface）是外部與藍牙子系統(tǒng)進行通信的接口，這種通信使用專門的協(xié)議，外部MMI主機通過該協(xié)議發(fā)送命令到人機接口層，人機接口層解釋收到的命令，繼而控制應(yīng)用層進行相應(yīng)的動作，同時應(yīng)用層也會將藍牙子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和事件送往人機接口層，人機接口層通過該協(xié)議發(fā)送命令到外部MMI主機。應(yīng)用層接受所有來自人機接口層和藍牙管理層的事件，在一定的應(yīng)用條件約束下對接收到的事件進行處理，并執(zhí)行相應(yīng)的動作以控制人機接口層、藍牙管理層和語音管理層進行有序工作。應(yīng)用層還負責(zé)對異常情況進行處理，比如人機接口層收到錯誤指令、藍牙鏈路的異常斷開、鑒權(quán)失敗等，通過適當(dāng)?shù)腻e誤處理機制來提高系統(tǒng)的可靠性。
藍牙應(yīng)用規(guī)范規(guī)定了為實現(xiàn)某種應(yīng)用，雙方藍牙設(shè)備應(yīng)滿足的一些技術(shù)標(biāo)準。包括應(yīng)用特性的規(guī)定、應(yīng)用模型的定義、核心協(xié)議棧的配置、在核心協(xié)議上為實現(xiàn)特定應(yīng)用而定義的協(xié)議，以及為了滿足互操作性要求的其他規(guī)定，這些規(guī)定分為強制性支持、有條件支持和可選支持。由以上結(jié)構(gòu)可以看出，通過合理配置各軟件功能模塊就可以在相同硬件平臺上支持多個應(yīng)用規(guī)范。
二、藍牙免提應(yīng)用規(guī)范
藍牙免提應(yīng)用規(guī)范規(guī)定了在語音網(wǎng)關(guān)和免提設(shè)備之間建立藍牙數(shù)據(jù)和語音連接的過程，以及免提設(shè)備如何基于該連接對手機進行遠程控制，并訪問外部網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)電話功能。
該規(guī)范中的語音網(wǎng)關(guān)是免提設(shè)備與外界進行語音通信的橋梁，一般語音網(wǎng)關(guān)是指GSM或CDMA手機。通過語音網(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)備和語音網(wǎng)關(guān)連通后，用戶可以進行免提通話。在這里免提設(shè)備一般指藍牙車載系統(tǒng)。該規(guī)范規(guī)定了語音網(wǎng)關(guān)和免提設(shè)備應(yīng)支持的特性，語音網(wǎng)關(guān)和免提設(shè)備必須支持建立服務(wù)級連接（SLC）。所有的控制信令在SLC上傳遞。
藍牙免提應(yīng)用規(guī)范的典型應(yīng)用如圖3所示。此時藍牙車載系統(tǒng)是免提設(shè)備，手機充當(dāng)語音網(wǎng)關(guān)。圖中的手機具有藍牙功能，第一次使用前需要和藍牙車載系統(tǒng)進行綁定，用戶輸入正確的密碼后，綁定即告成功。此后，經(jīng)過綁定的藍牙手機靠近藍牙車載系統(tǒng)10米左右，兩者就能自動建立連接。
協(xié)議棧的配置情況。免提規(guī)范是通過在RFCOMM上傳送專用控制命令來實現(xiàn)的，這些命令是通用AT指令集的一個子集，同時添加了有關(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）、遠程音量控制、控制回聲抵消、噪聲抑制和語音識別等功能。
另外，為了滿足互操作性要求，免提規(guī)范還就藍牙信道的連接過程、安全管理等方面做出了一些規(guī)定。免提規(guī)范規(guī)定語音網(wǎng)關(guān)和免提設(shè)備之間進行綁定時，語音網(wǎng)關(guān)應(yīng)該是發(fā)起者。語音網(wǎng)關(guān)發(fā)起設(shè)備查詢，免提設(shè)備進行查詢掃描，通過設(shè)備查詢語音網(wǎng)關(guān)就可以找到有效范圍內(nèi)的免提設(shè)備。然后語音網(wǎng)關(guān)通過呼叫（Page）與免提設(shè)備建立連接，發(fā)起綁定流程。在該情況下，語音網(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)備或者語音網(wǎng)關(guān)任何一方發(fā)起連接請求，沒有固定的主從設(shè)備之分。
免提規(guī)范本身不對藍牙鏈路的安全性提出強制性要求。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驗證對方設(shè)備的合法性，鑒權(quán)可以雙向進行；加密是對兩個設(shè)備間ACL數(shù)據(jù)按一定算法進行處理，生成加密數(shù)據(jù)。只有知道正確的解密密鑰后，才可以由加密數(shù)據(jù)恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。加密使用的加密密鑰和解密密鑰是根據(jù)鏈路密鑰按固定的算法生成，因此鏈路密鑰是系統(tǒng)安全性的關(guān)鍵。在藍牙免提應(yīng)用中，鏈路密鑰由語音網(wǎng)關(guān)和免提設(shè)備通過配對（pairing）過程產(chǎn)生。在這個過程中，用戶需要在語音網(wǎng)關(guān)一方輸入正確的PIN碼來創(chuàng)建鏈路密鑰。
另外，藍牙車載系統(tǒng)可以提供多個不同應(yīng)用服務(wù)。其他藍牙設(shè)備在訪問這些服務(wù)時，藍牙車載系統(tǒng)還需要控制對其不同服務(wù)的訪問權(quán)限，這種控制由授權(quán)過程實現(xiàn)。對于語音網(wǎng)關(guān)，一般應(yīng)授予其訪問藍牙車載系統(tǒng)中免提應(yīng)用的權(quán)力。
三、藍牙耳機應(yīng)用規(guī)范
在藍牙車載系統(tǒng)中藍牙耳機主要也是用作免提，可以認為藍牙耳機應(yīng)用規(guī)范是免提應(yīng)用規(guī)范的簡化版本，只能完成有限的功能。由于耳機的用戶接口很簡單，一般為少量按鍵和LED顯示，因此耳機應(yīng)用協(xié)議只定義了簡單的功能，包括數(shù)據(jù)鏈路、語音鏈路的建立和拆除，可選對語音網(wǎng)關(guān)和車載系統(tǒng)之間的音量同步控制支持等。通過耳機應(yīng)用規(guī)范，可以進行接聽電話、掛斷電話、聲控撥號等基本的免提通話操作。
藍牙耳機應(yīng)用規(guī)范也是通過在核心協(xié)議上添加耳機控制實體和應(yīng)用層來實現(xiàn)。
四、小結(jié)
在藍牙車載系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)過程中，需要采用合理的硬件設(shè)計方案來滿足汽車應(yīng)用在溫度范圍、可靠性和價格等方面的要求，同時還需要采用合理的軟件方案來滿足嚴格的藍牙互操作性要求、良好的功能擴展能力以及良好的實時性和高可靠性。藍牙車載系統(tǒng)要大規(guī)模應(yīng)用，在技術(shù)方面還需要解決應(yīng)用規(guī)范的標(biāo)準化問題，并且需要有完備的測試手段來保證不同廠商之間的設(shè)備有良好的互操作性。目前，免提應(yīng)用規(guī)范和耳機應(yīng)用規(guī)范在藍牙車載系統(tǒng)和藍牙手機上已經(jīng)有廣泛的支持。
