關(guān)鍵詞：藍牙耳機；真無線立體聲耳機；SDK；自動化測試

中圖分類號：TN642 文獻標識碼：A

0 引言

藍牙技術(shù)是小范圍無線連接自主組網(wǎng)的通信技術(shù)，可實現(xiàn)個域網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的互聯(lián)互通。藍牙剖面（bluetooth profile）是指藍牙通信應(yīng)該遵守和使用的通信協(xié)議規(guī)范，早期藍牙規(guī)范由藍牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest Group，SIG）創(chuàng)建，并由SIG 工作組定期更新和改進。藍牙剖面包括4 個基本剖面，分別為：通用接入剖面（general access profile，GAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用剖面（service discovery application profile，SDAP）、串行端口剖面（serial port profile，SPP）和通用對象交換剖面（general object exchange profile，GOEP）。其余的剖面都可稱為應(yīng)用剖面，應(yīng)用剖面分為3 類：電話剖面、對象交換剖面（object exchange，OBEX）和聯(lián)網(wǎng)剖面。藍牙技術(shù)分為經(jīng)典藍牙、低功耗藍牙和雙模藍牙，其中經(jīng)典藍牙和低功耗藍牙互不兼容。

藍牙耳機設(shè)計中最復雜的部分是設(shè)計符合相關(guān)電磁兼容標準要求的藍牙天線射頻電路，以及基于系統(tǒng)芯片（system on chip，SoC）的軟件開發(fā)。

1 藍牙耳機軟件開發(fā)

藍牙耳機軟件由底層固件、協(xié)議層軟件和應(yīng)用層軟件3 個部分組成，逐層封裝代碼。軟件開發(fā)多為應(yīng)用層軟件，軟件開發(fā)工具包（soft developmentkit，SDK）為用戶提供一種基于事件處理機制的應(yīng)用（APP）開發(fā)框架，各個功能組件會通知用戶，用戶只需基于該框架添加需要處理的事件及事件處理函數(shù)，即可按照需求完成相應(yīng)的軟件開發(fā)[1]。

1.1 軟件結(jié)構(gòu)

藍牙耳機軟件結(jié)構(gòu)可分為物理層、協(xié)議層和應(yīng)用層三大部分，其中協(xié)議層和應(yīng)用層這兩部分軟件都存儲在Flash 中，如圖1 所示。

射頻（radio frequency，RF）、基帶（base band，BB）和鏈路管理（link manager，LM）構(gòu)成藍牙的物理層。射頻負責在2.400 GHz ～ 2.485 GHz 的ISM 頻段（一種全球免費使用的無線電頻段）上傳輸數(shù)據(jù)包。基帶是藍牙剖面的重要組成部分，可以對數(shù)據(jù)進行信道的編碼與解碼。鏈路管理負責連接的建立和釋放，通過選擇信道，控制狀態(tài)機的各種狀態(tài)包括待機、掃描、廣播、發(fā)起、連接、同步和同步廣播。

協(xié)議層包括邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（logicallink control and adaptation protocol，L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（service discovery protocol，SDP）、射頻通信（radio frequency communication，RFCOMM）協(xié)議和電話控制協(xié)議規(guī)范（telephony controlprotocol spectocol，TCS）。L2CAP 主要負責協(xié)議復用，協(xié)議棧的數(shù)據(jù)都可以通過它連接并且傳輸?shù)娇刂破?，用于區(qū)分加密信道與普通信道。藍牙環(huán)境下射頻變化較大，業(yè)務(wù)的參數(shù)也會不斷變換，SDP提供一種用于發(fā)現(xiàn)可用服務(wù)的機制。射頻通信協(xié)議可以仿真串口協(xié)議，在無線環(huán)境下實現(xiàn)對傳輸控制協(xié)議/ 因ABoHC9Od+1a7wiXtnjf+Zw==特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議（transmission controlprotocol/internet protocol，TCP/IP）、無線應(yīng)用協(xié)議（wireless application protocol，WAP） 等協(xié)議的支持，同時，其還支持AT 指令集。

基帶以上的全部協(xié)議包括鏈路管理協(xié)議（linkmanager protocol，LMP）、L2CAP、SDP、先進的音頻分布協(xié)議（advanced audio distribution profile，A2DP）、免提協(xié)議（hands free profile，HFP）、音頻視頻遠程控制協(xié)議（audio/video remote controlprofile，AVRCP）等，這些協(xié)議對應(yīng)的程序模塊稱為協(xié)議棧，協(xié)議層軟件可以被直接調(diào)用。

1.2 建立藍牙連接過程

以手機和藍牙耳機連接為例，從物理層到應(yīng)用層建立連接的過程如下[2]。

（1）建立基帶層的連接。主設(shè)備（手機）以跳頻的方式尋呼從設(shè)備（藍牙耳機），從設(shè)備會按照固定間隔時間來掃描外部尋呼，當掃描到外部尋呼時便會響應(yīng)，使兩個設(shè)備之間建立異步無連接（asynchronous connection less，ACL）。

（2） 建立L2CAP 層的連接。主設(shè)備發(fā)起channel 的連接請求， 即L2CAP 的連接。L2CAP能向上層提供面向連接的或者無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)。L2CAP 發(fā)出Information request，控制器接口（hostcontroller interface，HCI）收到ACL Data，從而完成信道配置。

（3）SDP 查詢。SDP 可以搜索發(fā)現(xiàn)附近能夠提供服務(wù)的設(shè)備，通過協(xié)議中規(guī)定的服務(wù)搜索功能提供尋找耳機服務(wù)。由于手機是藍牙主設(shè)備，配對過程由手機發(fā)送配對請求。

（4） 建立RFCOMM。主設(shè)備通過SDP 得到RFCOMM 的通道號，發(fā)起連接請求建立RFCOMM的連接。建立RFCOMM 鏈路之后，就可通過無線模擬有線的串口協(xié)議進行通信。

（5）傳輸AT 指令?？梢酝ㄟ^串口助手發(fā)送AT指令，設(shè)置波特率，大多是115 200 b/s 或者9 600 b/s。常用的AT 指令包括AT+QS00＼r（查詢藍牙芯片的角色）、AT+QC00＼r（查詢藍牙芯片的狀態(tài)）等。

（6） 建立同步定向連接（synchronousconnection oriented，SCO）。SCO 用于傳輸實時性要求較高的語音通話，也可以傳送數(shù)據(jù)，但在傳送數(shù)據(jù)時，只用于重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包。藍牙連接的過程為：鏈路建立→ 信道建立→ 射頻通信建立→連接。

1.3 軟件開發(fā)流程

用戶選擇適合項目需求的SDK 版本進行下載和安裝，設(shè)置環(huán)境變量、授權(quán)密鑰等，配置頭文件（.h）和庫文件（.lib）的路徑，將動態(tài)庫（.dll）放到可執(zhí)行程序目錄下。導入SDK，調(diào)用SDK 提供的函數(shù)、類和協(xié)議棧，并參考SDK 提供的文檔和示例代碼來完成相關(guān)軟件開發(fā)。

如圖2 所示，藍牙耳機上電后，首先執(zhí)行耳機初始化。掃描查詢到連接請求時，通過主機控制接口（host controller interface，HCI）確定是否進行連接。若連接，則根據(jù)藍牙協(xié)議規(guī)范，與藍牙主設(shè)備進行建鏈、通信，最后釋放連接。

1.4 用戶界面

用戶界面（user interface，UI）是用戶端描述如何操作藍牙耳機的界面，其提供了狀態(tài)機的控制信息，也是軟件開發(fā)的依據(jù)之一。UI 主要包括按鍵控制界面、指示界面和操作流程等方面[3]。

多功能按鍵能夠使耳機在不同狀態(tài)下，通過按鍵時間的長短實現(xiàn)不同的功能，并且可以根據(jù)需要自定義按鍵。例如，雙擊可實現(xiàn)音量的增加/ 減少；短按可實現(xiàn)通話的接聽、拒絕和結(jié)束；長按可實現(xiàn)音樂的快進或者重播。

可視化接口是直觀的發(fā)光二極管（lightemittingdiode，LED）指示燈信號，其對應(yīng)耳機的不同狀態(tài)。例如，配對模式：耳機處于配對模式中，紅燈亮0.1 s，然后藍燈亮0.1 s，繼續(xù)這個狀態(tài)直到耳機離開配對模式或者進入配對模式。低電量模式：綠燈和紅燈同時亮0.5 s，滅0.5 s，然后重復。充電模式：充電時，紅燈長亮；充電完成，綠燈長亮。

頻率不同、時間不同的提示音在不同狀態(tài)的界面進行定義，如開機、關(guān)機、來電、通話結(jié)束、配對成功、配對失敗、電池低壓報警等。UI 也可以開發(fā)語音提示功能。

2 藍牙耳機軟件測試

在軟件開發(fā)過程中和發(fā)布前，需要由專業(yè)的軟件測試工程師進行測試，將所發(fā)現(xiàn)的程序錯誤反饋給軟件開發(fā)工程師來解決。在一個典型的編程項目中，軟件測試或系統(tǒng)測試大約占用50% 的項目總時間和超過50% 的總成本[4]。軟件測試原則就是確認軟件是否“未做其應(yīng)該做的”和是否“做了其不應(yīng)該做的”。測試用例的設(shè)計推薦使用黑盒測試方法進行設(shè)計，然后視情況使用白盒測試方法來補充。經(jīng)驗豐富的測試工程師經(jīng)常能夠判斷可能犯的錯誤或錯誤類型。

2.1 功能測試

功能測試是一個試圖發(fā)現(xiàn)程序錯誤的過程，而不僅是為了證明程序符合需求規(guī)格說明書（requirements specification，RS）。按照RS 和UI，編寫測試計劃和設(shè)計測試用例。測試內(nèi)容包括接打電話、聽音樂、主動降噪和環(huán)境降噪、冒煙測試、空口（over the air，OTA） 測試、藍牙認證（bluetooth qualification body，BQB）測試、電池充放電測試以及可用性測試（用戶體驗測試）等，以期通過這些測試找到界面或人機交互相關(guān)的缺陷（bug）等。其中，冒煙測試是設(shè)計一組簡單的測試用例，用于檢查應(yīng)用程序的基本功能是否正常運行；OTA 測試可以評估發(fā)射天線的總輻射功率和接收天線的靈敏度；BQB 測試包括RF 一致性、協(xié)議和剖面一致性。這些測試旨在保證用戶界面是友好的，并且符合設(shè)計規(guī)范。

2.2 TWS 測試

真無線立體聲（true wireless stereo，TWS）技術(shù)主要包括轉(zhuǎn)發(fā)模式、監(jiān)聽模式和雙連接模式。轉(zhuǎn)發(fā)模式是指通過連接主耳機，再由主耳機通過無線方式快速連接副耳機，實現(xiàn)左右聲道無線分離使用。不連接副耳機時，又回到單聲道音質(zhì)。監(jiān)聽模式是通過私有協(xié)議，將收聽的密鑰從主耳機傳給副耳機，藍牙主設(shè)備和主耳機連接后，副耳機再連接藍牙主設(shè)備。主從切換技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)主副耳機的自由切換。雙連接模式是由藍牙主設(shè)備單獨發(fā)送兩組音頻數(shù)據(jù)，再分別連接左右耳機，進而能夠解決主副耳機傳輸延遲問題。

TWS 功能測試內(nèi)容主要包括藍牙連接穩(wěn)定性、音頻傳輸、通話品質(zhì)等；TWS 性能測試內(nèi)容主要包括頻率響應(yīng)、失真度、信噪比等參數(shù)。通過應(yīng)用藍牙協(xié)議分析儀、藍牙綜測儀等儀器，對軟硬件設(shè)計可能出現(xiàn)的問題進行測試分析。

在TWS 主從模式下，根據(jù)測試類型、測試方向，測試工具下發(fā)不同的測試指令和測試參數(shù)給被測平臺，由被測平臺執(zhí)行相應(yīng)的測試[5]。測試類型包括TWS 底層硬件測試和TWS 協(xié)議測試。測試方向包括ACL、擴展同步定向連接（extendedsynchronous connection oriented，eSCO）、SCO、sniff、error。

2.3 自動化測試

人工測試能夠發(fā)現(xiàn)更多的缺陷，測試的品質(zhì)更高，其仍然是軟件品質(zhì)保證（quality assurance，QA）的重要部分。自動化測試與開發(fā)更接近，這主要是因為需要編寫程序代碼。自動化測試是指運行軟件程序后，系統(tǒng)自動執(zhí)行測試用例并且在沒有任何人為干預(yù)的情況下產(chǎn)生測試結(jié)果，其節(jié)省了人力和時間。

自動化測試工具是一種應(yīng)用程序或軟件產(chǎn)品，旨在通過自動化測試腳本驗證功能和非功能要求。全球廣泛使用的自動化測試工具包括LambdaTest、TestProject、Kobiton、Appium 和Katalon Studio。國內(nèi)前海飛算云智軟件科技（深圳）有限公司的SoFlu軟件機器人，只要輸入流程圖，就可實現(xiàn)全棧式軟件開發(fā)工作，其包括后端開發(fā)、前端開發(fā)、測試和運維等。自動化測試工具可以執(zhí)行各種任務(wù)，根據(jù)特定計劃進行開發(fā)和運行測試，或者在發(fā)生代碼更改時生成深度報告供團隊查看測試結(jié)果。不同的自動化測試工具具有不同的功能集和編程語言限制。例如，功能測試工具可以更深入地驗證軟件的正確操作，而不局限于關(guān)注應(yīng)用程序的用戶界面。

Python 是一種編程語言，不僅可以用于開發(fā)應(yīng)用程序，還可以用于自動化測試。例如，常用的Python 自動化測試腳本，“日志記錄”代碼如下：

import loggingdef configure_logging（log_file）：

logging.basicConfig（filename=log_file，level=logging.DEBUG）

def log_info（message）：

logging.info（message）

if __name__ == '__main__'：

log_file = 'test.log'

configure_logging（log_file）

log_info（' 這是一條日志記錄'）

3 結(jié)語

藍牙耳機差異化競爭的重要途徑是自有品牌的建設(shè)，軟件是藍牙耳機的內(nèi)涵，SDK 是基于選型耳機SoC 的軟件開發(fā)基礎(chǔ)。雖然通過改進主副耳機通信、優(yōu)化傳輸編碼等，藍牙延遲問題可以得到改善，但是軟件算法仍然需要繼續(xù)研究，以更好地呈現(xiàn)藍牙耳機的真無線立體聲效果。

為了確保軟件的可靠性，必須在各種設(shè)備、瀏覽器和操作系統(tǒng)上測試。自動化測試工具的發(fā)展趨勢是人工智能和深度學習，從需要深厚編碼知識的復雜技術(shù)轉(zhuǎn)向主要基于記錄和回放功能的低代碼和無代碼工具。