简介：初音蓝牙音箱**

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这个项目是一个彩色板子上的初音未来主题蓝牙音箱。它需要实现以下核心功能：

1. 蓝牙音频接收：通过蓝牙模块接收来自手机或其他设备的音频数据（A2DP协议）。
2. 音频解码：解码接收到的音频数据（例如，SBC, AAC, MP3等，这里我们假设支持SBC和MP3解码）。
3. 音频输出：将解码后的音频信号通过音频放大器驱动扬声器播放。
4. 按键控制：提供按键进行音量调节、播放/暂停、上一曲/下一曲等基本操作。
5. 状态指示：通过LED或其他方式指示蓝牙连接状态、播放状态等。
6. **彩色板子特效 (假设)**：如果彩色板子具有LED或其他显示功能，可以根据音乐节奏或系统状态进行动态显示（例如呼吸灯、频谱显示等）。
7. 低功耗管理：在空闲或蓝牙断开连接时进入低功耗模式，节省电能。
8. 固件升级：支持通过某种方式进行固件升级，方便后续功能扩展和bug修复。

代码设计架构：分层架构与事件驱动

为了实现可靠、高效、可扩展的系统，我选择分层架构结合事件驱动的设计模式。这种架构具有以下优点：

• 模块化：系统被划分为多个独立的模块，每个模块负责特定的功能，降低了模块间的耦合度，提高了代码的可维护性和可复用性。
• 抽象化：每一层都对其上层提供服务，隐藏了底层的实现细节，使得开发人员可以专注于高层逻辑的实现。
• 可扩展性：新的功能可以作为独立的模块添加到系统中，而不会对现有模块造成大的影响。
• 可移植性：通过抽象硬件接口，可以方便地将系统移植到不同的硬件平台。
• 事件驱动：系统对外部事件（如按键、蓝牙事件、定时器事件等）做出响应，提高了系统的实时性和响应速度。

架构分层:

1. **硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer)**：

   • 封装底层硬件操作，例如GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC、定时器、中断控制器等。
   • 为上层提供统一的硬件接口，屏蔽硬件差异。
   • 包含针对具体硬件平台的驱动代码。

2. **板级支持包 (BSP - Board Support Package)**：

   • 初始化硬件平台，例如时钟配置、外设初始化、中断向量表设置等。
   • 提供系统启动代码和必要的硬件配置信息。
   • 通常与具体的硬件平台紧密相关。

3. **操作系统抽象层 (OSAL - Operating System Abstraction Layer) (可选，但推荐使用)**：

   • 如果使用了RTOS（例如FreeRTOS），OSAL层可以封装RTOS的API，例如任务创建、互斥锁、信号量、消息队列等。
   • 使得应用程序可以不直接依赖于特定的RTOS，方便后续更换RTOS或在裸机环境下运行。
   • 在本项目中，我们假设使用FreeRTOS。

4. **核心服务层 (Core Services)**：

   • 实现系统的核心功能模块，例如蓝牙服务、音频服务、UI服务、文件系统服务（如果需要固件升级）、电源管理服务等。
   • 这些服务模块相互独立，通过事件机制进行通信和协作。

5. **应用层 (Application Layer)**：

   • 负责系统的整体逻辑控制和用户交互。
   • 创建和管理核心服务模块，处理用户输入，协调各个服务模块完成任务。
   • 在本项目中，应用层主要负责蓝牙音箱的整体控制逻辑。

事件驱动机制:

• 系统中的各个模块通过事件进行通信。
• 事件可以是硬件中断、定时器超时、蓝牙事件、按键事件等。
• 每个模块可以注册自己感兴趣的事件，当事件发生时，系统会通知相应的模块进行处理。
• 事件处理函数通常是非阻塞的，以避免影响系统的实时性。
• 可以使用消息队列或事件标志组来实现事件的传递和处理。

技术选型:

• **微控制器 (MCU)**：选择一款具有蓝牙功能、音频处理能力和足够IO资源的MCU，例如ESP32、STM32WB系列、Nordic nRF52系列等。这里我们假设使用 STM32WB55，因为它集成了蓝牙5.2和强大的处理能力，并且生态完善。
• 蓝牙模块：STM32WB55自带蓝牙功能，无需额外的蓝牙模块。
• 音频解码器：可以使用软件解码库（例如libmad for MP3, Tiny AAC Decoder for AAC, SBC decoder），或者使用硬件解码器（如果MCU集成）。为了降低复杂度，我们假设使用 软件解码库。
• 音频放大器：选择合适的音频功率放大器芯片，例如PAM8403等。
• 扬声器：根据音箱尺寸和音质需求选择合适的扬声器。
• 按键：普通机械按键或触摸按键。
• LED：普通LED或RGB LED，用于状态指示和彩色板子特效。
• RTOS：FreeRTOS (开源、免费、成熟稳定)。
• 编程语言：C (嵌入式系统开发的主流语言)。
• 开发工具：Keil MDK, STM32CubeIDE等 (根据MCU选择)。
• 调试工具：J-Link, ST-Link等 (根据MCU选择)。

详细代码实现 (C语言，基于STM32WB55和FreeRTOS)

由于3000行代码的限制，我无法提供一个完全完整的、可编译运行的项目代码。但我会尽可能详细地展示代码架构、关键模块的实现思路和核心代码片段，以达到演示设计架构和技术方法的目的。

1. 硬件抽象层 (HAL)

hal_gpio.h

#ifndef HAL_GPIO_H
#define HAL_GPIO_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

typedef enum {
    GPIO_PIN_RESET = 0,
    GPIO_PIN_SET   = 1
} GPIO_PinState;

typedef enum {
    GPIO_MODE_INPUT,
    GPIO_MODE_OUTPUT,
    GPIO_MODE_AF_PP, // Alternate Function Push-Pull
    GPIO_MODE_AF_OD, // Alternate Function Open-Drain
    GPIO_MODE_ANALOG
} GPIO_ModeTypeDef;

typedef enum {
    GPIO_PULL_NONE,
    GPIO_PULLUP,
    GPIO_PULLDOWN
} GPIO_PullTypeDef;

typedef struct {
    uint32_t Pin;          // GPIO Pin number
    GPIO_ModeTypeDef Mode;   // GPIO Mode
    GPIO_PullTypeDef Pull;   // Pull-up/Pull-down resistor configuration
    // ... 其他配置参数，例如速度、输出类型等
} GPIO_InitTypeDef;

void HAL_GPIO_Init(uint32_t GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);
void HAL_GPIO_WritePin(uint32_t GPIOx, uint32_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);
GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(uint32_t GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);
void HAL_GPIO_TogglePin(uint32_t GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);
// ... 其他GPIO相关函数

#endif // HAL_GPIO_H

hal_gpio.c (示例，针对STM32WB55)

#include "hal_gpio.h"
#include "stm32wbxx_hal.h" // STM32WB HAL库头文件

void HAL_GPIO_Init(uint32_t GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init) {
    GPIO_InitTypeDefTypeDef stm32_gpio_init;

    stm32_gpio_init.Pin   = GPIO_Init->Pin;
    stm32_gpio_init.Mode  = (GPIO_InitTypeDefTypeDefMode)GPIO_Init->Mode;
    stm32_gpio_init.Pull  = (GPIO_InitTypeDefTypeDefPull)GPIO_Init->Pull;
    // ... 转换其他配置参数

    HAL_GPIO_Init(GPIOx, &stm32_gpio_init); // 调用STM32 HAL库函数
}

void HAL_GPIO_WritePin(uint32_t GPIOx, uint32_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, (GPIO_PinStateTypeDef)PinState); // 调用STM32 HAL库函数
}

GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(uint32_t GPIOx, uint32_t GPIO_Pin) {
    return (GPIO_PinState)HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin); // 调用STM32 HAL库函数
}

void HAL_GPIO_TogglePin(uint32_t GPIOx, uint32_t GPIO_Pin) {
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOx, GPIO_Pin); // 调用STM32 HAL库函数
}

// ... 其他GPIO相关函数实现

类似地，可以创建 hal_uart.h, hal_uart.c, hal_spi.h, hal_spi.c, hal_timer.h, hal_timer.c 等文件，封装UART、SPI、定时器等硬件操作。

2. 板级支持包 (BSP)

bsp.h

#ifndef BSP_H
#define BSP_H

#include "hal_gpio.h"
#include "hal_uart.h"
#include "hal_timer.h"
// ... 其他HAL头文件

void BSP_Init(void);
void BSP_LED_Init(void);
void BSP_LED_SetState(int led_index, GPIO_PinState state);
void BSP_Button_Init(void);
GPIO_PinState BSP_Button_Read(int button_index);
// ... 其他板级初始化和外设控制函数

#endif // BSP_H

bsp.c (示例，针对假设的开发板)

#include "bsp.h"
#include "stm32wbxx_hal.h" // STM32WB HAL库头文件

// LED GPIO 定义 (假设)
#define LED1_GPIO_PORT          GPIOA
#define LED1_GPIO_PIN           GPIO_PIN_5
#define LED2_GPIO_PORT          GPIOA
#define LED2_GPIO_PIN           GPIO_PIN_6

// Button GPIO 定义 (假设)
#define BUTTON_PLAY_GPIO_PORT   GPIOB
#define BUTTON_PLAY_GPIO_PIN    GPIO_PIN_0
#define BUTTON_VOL_UP_GPIO_PORT   GPIOB
#define BUTTON_VOL_UP_GPIO_PIN    GPIO_PIN_1
#define BUTTON_VOL_DOWN_GPIO_PORT GPIOB
#define BUTTON_VOL_DOWN_GPIO_PIN  GPIO_PIN_2

void BSP_Init(void) {
    HAL_Init(); // 初始化STM32 HAL库
    SystemClock_Config(); // 配置系统时钟 (需要根据具体硬件平台实现)
    BSP_LED_Init();
    BSP_Button_Init();
    // ... 其他板级初始化
}

void BSP_LED_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* GPIO Ports Clock Enable */
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    /*Configure GPIO pin Output Level */
    HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_PORT, LED2_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    /*Configure GPIO pins : LED1_GPIO_PIN LED2_GPIO_PIN */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED1_GPIO_PIN | LED2_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    HAL_GPIO_Init(LED2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void BSP_LED_SetState(int led_index, GPIO_PinState state) {
    if (led_index == 1) {
        HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, state);
    } else if (led_index == 2) {
        HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_PORT, LED2_GPIO_PIN, state);
    }
}

void BSP_Button_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* GPIO Ports Clock Enable */
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

    /*Configure GPIO pins : BUTTON_PLAY_GPIO_PIN BUTTON_VOL_UP_GPIO_PIN BUTTON_VOL_DOWN_GPIO_PIN */
    GPIO_InitStruct.Pin = BUTTON_PLAY_GPIO_PIN | BUTTON_VOL_UP_GPIO_PIN | BUTTON_VOL_DOWN_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; // 假设按键按下时接地
    HAL_GPIO_Init(BUTTON_PLAY_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    HAL_GPIO_Init(BUTTON_VOL_UP_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    HAL_GPIO_Init(BUTTON_VOL_DOWN_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

GPIO_PinState BSP_Button_Read(int button_index) {
    if (button_index == 0) { // Play button
        return HAL_GPIO_ReadPin(BUTTON_PLAY_GPIO_PORT, BUTTON_PLAY_GPIO_PIN);
    } else if (button_index == 1) { // Vol Up button
        return HAL_GPIO_ReadPin(BUTTON_VOL_UP_GPIO_PORT, BUTTON_VOL_UP_GPIO_PIN);
    } else if (button_index == 2) { // Vol Down button
        return HAL_GPIO_ReadPin(BUTTON_VOL_DOWN_GPIO_PORT, BUTTON_VOL_DOWN_GPIO_PIN);
    }
    return GPIO_PIN_SET; // 默认返回未按下状态
}

// ... 其他BSP函数实现 (例如系统时钟配置 SystemClock_Config())

3. 操作系统抽象层 (OSAL)

osal.h

#ifndef OSAL_H
#define OSAL_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "semphr.h"

// 任务相关
typedef TaskHandle_t OSAL_TaskHandle_t;
int OSAL_TaskCreate(OSAL_TaskHandle_t *task_handle, const char *task_name,
                     void (*task_func)(void *param), void *task_param,
                     uint32_t stack_size, uint32_t priority);
void OSAL_TaskDelay(uint32_t delay_ms);
void OSAL_TaskExit(void);

// 消息队列相关
typedef QueueHandle_t OSAL_QueueHandle_t;
OSAL_QueueHandle_t OSAL_QueueCreate(uint32_t queue_length, uint32_t item_size);
bool OSAL_QueueSend(OSAL_QueueHandle_t queue_handle, void *item_to_send, uint32_t timeout_ms);
bool OSAL_QueueReceive(OSAL_QueueHandle_t queue_handle, void *buffer, uint32_t timeout_ms);
void OSAL_QueueDelete(OSAL_QueueHandle_t queue_handle);

// 互斥锁相关
typedef SemaphoreHandle_t OSAL_MutexHandle_t;
OSAL_MutexHandle_t OSAL_MutexCreate(void);
bool OSAL_MutexLock(OSAL_MutexHandle_t mutex_handle, uint32_t timeout_ms);
bool OSAL_MutexUnlock(OSAL_MutexHandle_t mutex_handle);
void OSAL_MutexDelete(OSAL_MutexHandle_t mutex_handle);

// ... 其他RTOS抽象接口

#endif // OSAL_H

osal.c (示例，基于FreeRTOS)

#include "osal.h"

// 任务相关
int OSAL_TaskCreate(OSAL_TaskHandle_t *task_handle, const char *task_name,
                     void (*task_func)(void *param), void *task_param,
                     uint32_t stack_size, uint32_t priority) {
    if (xTaskCreate(task_func, task_name, stack_size, task_param, priority, task_handle) != pdPASS) {
        return -1; // 任务创建失败
    }
    return 0;
}

void OSAL_TaskDelay(uint32_t delay_ms) {
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(delay_ms));
}

void OSAL_TaskExit(void) {
    vTaskDelete(NULL);
}

// 消息队列相关
OSAL_QueueHandle_t OSAL_QueueCreate(uint32_t queue_length, uint32_t item_size) {
    return xQueueCreate(queue_length, item_size);
}

bool OSAL_QueueSend(OSAL_QueueHandle_t queue_handle, void *item_to_send, uint32_t timeout_ms) {
    return (xQueueSend(queue_handle, item_to_send, pdMS_TO_TICKS(timeout_ms)) == pdTRUE);
}

bool OSAL_QueueReceive(OSAL_QueueHandle_t queue_handle, void *buffer, uint32_t timeout_ms) {
    return (xQueueReceive(queue_handle, buffer, pdMS_TO_TICKS(timeout_ms)) == pdTRUE);
}

void OSAL_QueueDelete(OSAL_QueueHandle_t queue_handle) {
    vQueueDelete(queue_handle);
}

// 互斥锁相关
OSAL_MutexHandle_t OSAL_MutexCreate(void) {
    return xMutexCreate();
}

bool OSAL_MutexLock(OSAL_MutexHandle_t mutex_handle, uint32_t timeout_ms) {
    return (xSemaphoreTake(mutex_handle, pdMS_TO_TICKS(timeout_ms)) == pdTRUE);
}

bool OSAL_MutexUnlock(OSAL_MutexHandle_t mutex_handle) {
    xSemaphoreGive(mutex_handle);
    return true;
}

void OSAL_MutexDelete(OSAL_MutexHandle_t mutex_handle) {
    vSemaphoreDelete(mutex_handle);
}

// ... 其他RTOS抽象接口实现

4. 核心服务层 (Core Services)

4.1 蓝牙服务 (bluetooth_service)

bluetooth_service.h

#ifndef BLUETOOTH_SERVICE_H
#define BLUETOOTH_SERVICE_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

typedef enum {
    BLUETOOTH_EVENT_CONNECTED,
    BLUETOOTH_EVENT_DISCONNECTED,
    BLUETOOTH_EVENT_AUDIO_DATA_RECEIVED,
    // ... 其他蓝牙事件
} BluetoothEventType;

typedef struct {
    BluetoothEventType type;
    void *data; // 事件数据，根据事件类型不同而不同
    uint32_t data_len;
} BluetoothEvent;

typedef void (*BluetoothEventHandler)(BluetoothEvent *event);

void BluetoothService_Init(BluetoothEventHandler event_handler);
bool BluetoothService_StartAdvertising(void);
bool BluetoothService_Connect(void);
bool BluetoothService_Disconnect(void);
bool BluetoothService_SendAudioData(uint8_t *data, uint32_t len);
// ... 其他蓝牙服务接口

#endif // BLUETOOTH_SERVICE_H

bluetooth_service.c (示例，简化蓝牙协议栈实现，实际项目需要使用成熟的蓝牙协议栈，例如BlueZ, Zephyr, 或厂商提供的SDK)

#include "bluetooth_service.h"
#include "osal.h"
#include "bsp.h"
#include <stdio.h> // For printf debugging

#define BLUETOOTH_TASK_STACK_SIZE     2048
#define BLUETOOTH_TASK_PRIORITY       configMAX_PRIORITIES - 2

static BluetoothEventHandler bluetooth_event_handler;
static OSAL_TaskHandle_t bluetooth_task_handle;
static OSAL_QueueHandle_t bluetooth_event_queue; // 蓝牙事件队列

static void BluetoothTask(void *param);
static void SimulateBluetoothEvents(void); // 模拟蓝牙事件，用于演示

void BluetoothService_Init(BluetoothEventHandler event_handler) {
    bluetooth_event_handler = event_handler;
    bluetooth_event_queue = OSAL_QueueCreate(10, sizeof(BluetoothEvent));
    if (bluetooth_event_queue == NULL) {
        printf("BluetoothService_Init: Failed to create event queue\r\n");
        return;
    }

    if (OSAL_TaskCreate(&bluetooth_task_handle, "BluetoothTask", BluetoothTask, NULL,
                         BLUETOOTH_TASK_STACK_SIZE, BLUETOOTH_TASK_PRIORITY) != 0) {
        printf("BluetoothService_Init: Failed to create task\r\n");
        OSAL_QueueDelete(bluetooth_event_queue);
        bluetooth_event_queue = NULL;
        return;
    }
    printf("BluetoothService_Init: Bluetooth service initialized\r\n");
}

bool BluetoothService_StartAdvertising(void) {
    printf("BluetoothService_StartAdvertising: Starting advertising...\r\n");
    // ... 实际蓝牙协议栈的启动广播代码
    return true;
}

bool BluetoothService_Connect(void) {
    printf("BluetoothService_Connect: Connecting...\r\n");
    // ... 实际蓝牙协议栈的连接代码
    return true;
}

bool BluetoothService_Disconnect(void) {
    printf("BluetoothService_Disconnect: Disconnecting...\r\n");
    // ... 实际蓝牙协议栈的断开连接代码
    return true;
}

bool BluetoothService_SendAudioData(uint8_t *data, uint32_t len) {
    // ... 实际蓝牙协议栈的发送音频数据代码
    printf("BluetoothService_SendAudioData: Sending %lu bytes of audio data\r\n", len);
    return true;
}

static void BluetoothTask(void *param) {
    printf("BluetoothTask: Task started\r\n");
    SimulateBluetoothEvents(); // 模拟蓝牙事件，用于演示

    while (1) {
        BluetoothEvent event;
        if (OSAL_QueueReceive(bluetooth_event_queue, &event, portMAX_DELAY)) {
            if (bluetooth_event_handler != NULL) {
                bluetooth_event_handler(&event); // 调用事件处理回调函数
            } else {
                printf("BluetoothTask: No event handler registered!\r\n");
            }
        }
    }
}

// 模拟蓝牙事件，用于演示 (实际项目需要替换为真实的蓝牙事件处理逻辑)
static void SimulateBluetoothEvents(void) {
    OSAL_TaskDelay(2000); // 模拟等待一段时间
    BluetoothEvent connected_event = {BLUETOOTH_EVENT_CONNECTED, NULL, 0};
    OSAL_QueueSend(bluetooth_event_queue, &connected_event, 0);
    printf("BluetoothTask: Simulated BLUETOOTH_EVENT_CONNECTED\r\n");
    BSP_LED_SetState(1, GPIO_PIN_SET); // 指示蓝牙已连接

    OSAL_TaskDelay(5000); // 模拟播放一段时间
    uint8_t audio_data[100]; // 模拟音频数据
    for (int i = 0; i < sizeof(audio_data); i++) {
        audio_data[i] = i;
    }
    BluetoothEvent audio_event = {BLUETOOTH_EVENT_AUDIO_DATA_RECEIVED, audio_data, sizeof(audio_data)};
    OSAL_QueueSend(bluetooth_event_queue, &audio_event, 0);
    printf("BluetoothTask: Simulated BLUETOOTH_EVENT_AUDIO_DATA_RECEIVED\r\n");

    OSAL_TaskDelay(5000); // 模拟播放一段时间
    BluetoothEvent disconnected_event = {BLUETOOTH_EVENT_DISCONNECTED, NULL, 0};
    OSAL_QueueSend(bluetooth_event_queue, &disconnected_event, 0);
    printf("BluetoothTask: Simulated BLUETOOTH_EVENT_DISCONNECTED\r\n");
    BSP_LED_SetState(1, GPIO_PIN_RESET); // 指示蓝牙已断开
}

4.2 音频服务 (audio_service)

audio_service.h

#ifndef AUDIO_SERVICE_H
#define AUDIO_SERVICE_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

typedef enum {
    AUDIO_FORMAT_SBC,
    AUDIO_FORMAT_MP3,
    // ... 其他音频格式
} AudioFormat;

typedef enum {
    AUDIO_EVENT_PLAYBACK_STARTED,
    AUDIO_EVENT_PLAYBACK_STOPPED,
    AUDIO_EVENT_PLAYBACK_ERROR,
    // ... 其他音频事件
} AudioEventType;

typedef struct {
    AudioEventType type;
    void *data; // 事件数据
    uint32_t data_len;
} AudioEvent;

typedef void (*AudioEventHandler)(AudioEvent *event);

void AudioService_Init(AudioEventHandler event_handler);
bool AudioService_PlayAudioData(uint8_t *data, uint32_t len, AudioFormat format);
bool AudioService_StopPlayback(void);
bool AudioService_SetVolume(uint8_t volume); // 0-100
// ... 其他音频服务接口

#endif // AUDIO_SERVICE_H

audio_service.c (示例，简化音频解码和输出实现，实际项目需要使用专业的音频解码库和硬件驱动)

#include "audio_service.h"
#include "osal.h"
#include "bsp.h"
#include <stdio.h> // For printf debugging

#define AUDIO_TASK_STACK_SIZE     2048
#define AUDIO_TASK_PRIORITY       configMAX_PRIORITIES - 3

static AudioEventHandler audio_event_handler;
static OSAL_TaskHandle_t audio_task_handle;
static OSAL_QueueHandle_t audio_event_queue; // 音频事件队列
static uint8_t current_volume = 50; // 默认音量

static void AudioTask(void *param);
static bool DecodeAudioData(uint8_t *input_data, uint32_t input_len, AudioFormat format, uint8_t *output_data, uint32_t *output_len);
static bool OutputAudioData(uint8_t *data, uint32_t len);

void AudioService_Init(AudioEventHandler event_handler) {
    audio_event_handler = event_handler;
    audio_event_queue = OSAL_QueueCreate(10, sizeof(AudioEvent));
    if (audio_event_queue == NULL) {
        printf("AudioService_Init: Failed to create event queue\r\n");
        return;
    }

    if (OSAL_TaskCreate(&audio_task_handle, "AudioTask", AudioTask, NULL,
                         AUDIO_TASK_STACK_SIZE, AUDIO_TASK_PRIORITY) != 0) {
        printf("AudioService_Init: Failed to create task\r\n");
        OSAL_QueueDelete(audio_event_queue);
        audio_event_queue = NULL;
        return;
    }
    printf("AudioService_Init: Audio service initialized\r\n");
}

bool AudioService_PlayAudioData(uint8_t *data, uint32_t len, AudioFormat format) {
    printf("AudioService_PlayAudioData: Playing %lu bytes of audio data, format: %d\r\n", len, format);

    uint8_t decoded_data[2048]; // 假设解码后的最大数据长度
    uint32_t decoded_len;
    if (DecodeAudioData(data, len, format, decoded_data, &decoded_len)) {
        if (OutputAudioData(decoded_data, decoded_len)) {
            AudioEvent started_event = {AUDIO_EVENT_PLAYBACK_STARTED, NULL, 0};
            OSAL_QueueSend(audio_event_queue, &started_event, 0);
            return true;
        } else {
            AudioEvent error_event = {AUDIO_EVENT_PLAYBACK_ERROR, NULL, 0};
            OSAL_QueueSend(audio_event_queue, &error_event, 0);
            return false;
        }
    } else {
        AudioEvent error_event = {AUDIO_EVENT_PLAYBACK_ERROR, NULL, 0};
        OSAL_QueueSend(audio_event_queue, &error_event, 0);
        return false;
    }
}

bool AudioService_StopPlayback(void) {
    printf("AudioService_StopPlayback: Stopping playback\r\n");
    // ... 停止音频输出硬件
    AudioEvent stopped_event = {AUDIO_EVENT_PLAYBACK_STOPPED, NULL, 0};
    OSAL_QueueSend(audio_event_queue, &stopped_event, 0);
    return true;
}

bool AudioService_SetVolume(uint8_t volume) {
    if (volume > 100) volume = 100;
    current_volume = volume;
    printf("AudioService_SetVolume: Setting volume to %d\r\n", current_volume);
    // ... 设置音频放大器音量或软件音量控制
    return true;
}

static void AudioTask(void *param) {
    printf("AudioTask: Task started\r\n");
    while (1) {
        AudioEvent event;
        if (OSAL_QueueReceive(audio_event_queue, &event, portMAX_DELAY)) {
            if (audio_event_handler != NULL) {
                audio_event_handler(&event); // 调用事件处理回调函数
            } else {
                printf("AudioTask: No event handler registered!\r\n");
            }
        }
    }
}

// 简化的音频解码函数 (实际项目需要使用专业的解码库，例如libmad, Tiny AAC Decoder)
static bool DecodeAudioData(uint8_t *input_data, uint32_t input_len, AudioFormat format, uint8_t *output_data, uint32_t *output_len) {
    printf("DecodeAudioData: Decoding audio data, format: %d, len: %lu\r\n", format, input_len);
    // ... 实际音频解码逻辑 (根据format选择解码算法)
    // 这里为了简化，直接将输入数据复制到输出，模拟解码过程
    memcpy(output_data, input_data, input_len);
    *output_len = input_len;
    return true;
}

// 简化的音频输出函数 (实际项目需要使用硬件DAC驱动和音频放大器控制)
static bool OutputAudioData(uint8_t *data, uint32_t len) {
    printf("OutputAudioData: Outputting %lu bytes of audio data, volume: %d\r\n", len, current_volume);
    // ... 实际音频输出逻辑 (通过DAC输出到音频放大器)
    // 这里为了简化，只打印信息，模拟音频输出
    return true;
}

4.3 用户界面服务 (ui_service)

ui_service.h

#ifndef UI_SERVICE_H
#define UI_SERVICE_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

typedef enum {
    UI_EVENT_BUTTON_PLAY_PRESSED,
    UI_EVENT_BUTTON_VOL_UP_PRESSED,
    UI_EVENT_BUTTON_VOL_DOWN_PRESSED,
    // ... 其他UI事件
} UIEventType;

typedef struct {
    UIEventType type;
    void *data; // 事件数据
    uint32_t data_len;
} UIEvent;

typedef void (*UIEventHandler)(UIEvent *event);

void UIService_Init(UIEventHandler event_handler);
void UIService_SetLEDState(int led_index, GPIO_PinState state);
// ... 其他UI服务接口

#endif // UI_SERVICE_H

ui_service.c (示例，简化按键检测和LED控制实现)

#include "ui_service.h"
#include "osal.h"
#include "bsp.h"
#include <stdio.h> // For printf debugging

#define UI_TASK_STACK_SIZE     1024
#define UI_TASK_PRIORITY       configMAX_PRIORITIES - 1

static UIEventHandler ui_event_handler;
static OSAL_TaskHandle_t ui_task_handle;
static OSAL_QueueHandle_t ui_event_queue; // UI事件队列

static void UITask(void *param);
static void ButtonScanTask(void *param);

void UIService_Init(UIEventHandler event_handler) {
    ui_event_handler = event_handler;
    ui_event_queue = OSAL_QueueCreate(10, sizeof(UIEvent));
    if (ui_event_queue == NULL) {
        printf("UIService_Init: Failed to create event queue\r\n");
        return;
    }

    if (OSAL_TaskCreate(&ui_task_handle, "UITask", UITask, NULL,
                         UI_TASK_STACK_SIZE, UI_TASK_PRIORITY) != 0) {
        printf("UIService_Init: Failed to create UITask\r\n");
        OSAL_QueueDelete(ui_event_queue);
        ui_event_queue = NULL;
        return;
    }

    if (OSAL_TaskCreate(&ui_task_handle, "ButtonScanTask", ButtonScanTask, NULL,
                         UI_TASK_STACK_SIZE, configMAX_PRIORITIES - 2) != 0) { // 略低优先级
        printf("UIService_Init: Failed to create ButtonScanTask\r\n");
        OSAL_QueueDelete(ui_event_queue);
        ui_event_queue = NULL;
        return;
    }

    printf("UIService_Init: UI service initialized\r\n");
}

void UIService_SetLEDState(int led_index, GPIO_PinState state) {
    BSP_LED_SetState(led_index, state);
}

static void UITask(void *param) {
    printf("UITask: Task started\r\n");
    while (1) {
        UIEvent event;
        if (OSAL_QueueReceive(ui_event_queue, &event, portMAX_DELAY)) {
            if (ui_event_handler != NULL) {
                ui_event_handler(&event); // 调用事件处理回调函数
            } else {
                printf("UITask: No event handler registered!\r\n");
            }
        }
    }
}

static void ButtonScanTask(void *param) {
    printf("ButtonScanTask: Task started\r\n");
    GPIO_PinState last_play_button_state = GPIO_PIN_SET; // 初始状态为未按下 (假设上拉)
    GPIO_PinState last_vol_up_button_state = GPIO_PIN_SET;
    GPIO_PinState last_vol_down_button_state = GPIO_PIN_SET;

    while (1) {
        OSAL_TaskDelay(50); // 按键扫描间隔

        GPIO_PinState play_button_state = BSP_Button_Read(0);
        GPIO_PinState vol_up_button_state = BSP_Button_Read(1);
        GPIO_PinState vol_down_button_state = BSP_Button_Read(2);

        // Play button
        if (play_button_state == GPIO_PIN_RESET && last_play_button_state == GPIO_PIN_SET) { // 检测到按下
            UIEvent play_event = {UI_EVENT_BUTTON_PLAY_PRESSED, NULL, 0};
            OSAL_QueueSend(ui_event_queue, &play_event, 0);
            printf("ButtonScanTask: UI_EVENT_BUTTON_PLAY_PRESSED\r\n");
        }
        last_play_button_state = play_button_state;

        // Vol Up button
        if (vol_up_button_state == GPIO_PIN_RESET && last_vol_up_button_state == GPIO_PIN_SET) {
            UIEvent vol_up_event = {UI_EVENT_BUTTON_VOL_UP_PRESSED, NULL, 0};
            OSAL_QueueSend(ui_event_queue, &vol_up_event, 0);
            printf("ButtonScanTask: UI_EVENT_BUTTON_VOL_UP_PRESSED\r\n");
        }
        last_vol_up_button_state = vol_up_button_state;

        // Vol Down button
        if (vol_down_button_state == GPIO_PIN_RESET && last_vol_down_button_state == GPIO_PIN_SET) {
            UIEvent vol_down_event = {UI_EVENT_BUTTON_VOL_DOWN_PRESSED, NULL, 0};
            OSAL_QueueSend(ui_event_queue, &vol_down_event, 0);
            printf("ButtonScanTask: UI_EVENT_BUTTON_VOL_DOWN_PRESSED\r\n");
        }
        last_vol_down_button_state = vol_down_button_state;
    }
}

5. 应用层 (Application Layer)

main.c

#include "bsp.h"
#include "osal.h"
#include "bluetooth_service.h"
#include "audio_service.h"
#include "ui_service.h"
#include <stdio.h> // For printf debugging

#define APP_TASK_STACK_SIZE     2048
#define APP_TASK_PRIORITY       configMAX_PRIORITIES - 1

static OSAL_TaskHandle_t app_task_handle;

static void AppTask(void *param);
static void BluetoothEventHandlerCallback(BluetoothEvent *event);
static void AudioEventHandlerCallback(AudioEvent *event);
static void UIEventHandlerCallback(UIEvent *event);

int main(void) {
    BSP_Init(); // 板级初始化
    printf("Main: BSP initialized\r\n");

    BluetoothService_Init(BluetoothEventHandlerCallback);
    AudioService_Init(AudioEventHandlerCallback);
    UIService_Init(UIEventHandlerCallback);

    if (OSAL_TaskCreate(&app_task_handle, "AppTask", AppTask, NULL,
                         APP_TASK_STACK_SIZE, APP_TASK_PRIORITY) != 0) {
        printf("Main: Failed to create AppTask\r\n");
        return -1;
    }

    printf("Main: Starting FreeRTOS scheduler\r\n");
    vTaskStartScheduler(); // 启动FreeRTOS调度器

    // 理论上不会运行到这里
    return 0;
}

static void AppTask(void *param) {
    printf("AppTask: Task started\r\n");
    BluetoothService_StartAdvertising(); // 启动蓝牙广播

    while (1) {
        OSAL_TaskDelay(1000); // 主循环可以做一些系统监控或低优先级任务
        printf("AppTask: System running...\r\n");
    }
}

static void BluetoothEventHandlerCallback(BluetoothEvent *event) {
    printf("BluetoothEventHandlerCallback: Event type: %d\r\n", event->type);
    switch (event->type) {
        case BLUETOOTH_EVENT_CONNECTED:
            printf("BluetoothEventHandlerCallback: Connected!\r\n");
            UIService_SetLEDState(2, GPIO_PIN_SET); // 指示蓝牙已连接
            break;
        case BLUETOOTH_EVENT_DISCONNECTED:
            printf("BluetoothEventHandlerCallback: Disconnected!\r\n");
            UIService_SetLEDState(2, GPIO_PIN_RESET); // 指示蓝牙已断开
            AudioService_StopPlayback(); // 停止播放
            break;
        case BLUETOOTH_EVENT_AUDIO_DATA_RECEIVED: {
            printf("BluetoothEventHandlerCallback: Audio data received, len: %lu\r\n", event->data_len);
            AudioService_PlayAudioData(event->data, event->data_len, AUDIO_FORMAT_SBC); // 假设接收到SBC格式音频
            break;
        }
        default:
            printf("BluetoothEventHandlerCallback: Unknown event\r\n");
            break;
    }
}

static void AudioEventHandlerCallback(AudioEvent *event) {
    printf("AudioEventHandlerCallback: Event type: %d\r\n", event->type);
    switch (event->type) {
        case AUDIO_EVENT_PLAYBACK_STARTED:
            printf("AudioEventHandlerCallback: Playback started!\r\n");
            UIService_SetLEDState(1, GPIO_PIN_SET); // 指示播放状态
            break;
        case AUDIO_EVENT_PLAYBACK_STOPPED:
            printf("AudioEventHandlerCallback: Playback stopped!\r\n");
            UIService_SetLEDState(1, GPIO_PIN_RESET); // 指示停止播放
            break;
        case AUDIO_EVENT_PLAYBACK_ERROR:
            printf("AudioEventHandlerCallback: Playback error!\r\n");
            UIService_SetLEDState(1, GPIO_PIN_RESET); // 指示错误状态
            break;
        default:
            printf("AudioEventHandlerCallback: Unknown event\r\n");
            break;
    }
}

static void UIEventHandlerCallback(UIEvent *event) {
    printf("UIEventHandlerCallback: Event type: %d\r\n", event->type);
    switch (event->type) {
        case UI_EVENT_BUTTON_PLAY_PRESSED:
            printf("UIEventHandlerCallback: Play button pressed!\r\n");
            // 实际应用中，这里需要根据当前播放状态进行播放/暂停切换
            AudioService_PlayAudioData((uint8_t*)"Dummy Audio Data", 16, AUDIO_FORMAT_SBC); // 演示播放
            break;
        case UI_EVENT_BUTTON_VOL_UP_PRESSED:
            printf("UIEventHandlerCallback: Volume Up button pressed!\r\n");
            AudioService_SetVolume(AudioService_GetVolume() + 10); // 假设有GetVolume接口
            break;
        case UI_EVENT_BUTTON_VOL_DOWN_PRESSED:
            printf("UIEventHandlerCallback: Volume Down button pressed!\r\n");
            AudioService_SetVolume(AudioService_GetVolume() - 10); // 假设有GetVolume接口
            break;
        default:
            printf("UIEventHandlerCallback: Unknown event\r\n");
            break;
    }
}

6. 测试验证和维护升级

测试验证:

• 单元测试：针对每个模块进行单元测试，验证模块的功能是否正确。可以使用CUnit, CMocka等单元测试框架。
• 集成测试：将各个模块集成起来进行测试，验证模块之间的协作是否正常。
• 系统测试：进行全面的系统测试，包括功能测试、性能测试、稳定性测试、功耗测试、兼容性测试等。
• 用户测试：邀请用户进行实际使用测试，收集用户反馈，改进产品。

维护升级:

• 固件升级：
  • OTA (Over-The-Air) 升级：通过蓝牙或其他无线方式进行固件升级。需要实现固件下载、校验、升级逻辑。
  • 本地升级：通过USB或其他接口连接PC进行固件升级。
• 版本控制：使用Git等版本控制系统管理代码，方便代码维护和版本迭代。
• 日志记录和错误报告：在代码中添加日志记录功能，方便调试和错误排查。在产品发布后，可以考虑增加错误报告机制，收集用户使用过程中遇到的问题。
• 模块化设计：模块化设计使得代码更易于维护和升级。修改一个模块的代码，不会影响其他模块的功能。

实践验证的技术和方法:

• 分层架构：有效组织代码，提高可维护性和可扩展性。
• 事件驱动：提高系统实时性和响应速度。
• **RTOS (FreeRTOS)**：管理多任务，提高系统效率和可靠性。
• HAL和BSP：提高代码可移植性。
• 模块化编程：降低代码耦合度，提高代码复用性。
• **版本控制 (Git)**：管理代码版本，方便团队协作和代码维护。
• 单元测试和集成测试：保证代码质量。
• 日志记录：方便调试和错误排查。
• 固件升级：方便产品功能扩展和bug修复。

总结:

以上代码和架构设计展示了一个基于分层架构和事件驱动的嵌入式蓝牙音箱系统框架。虽然代码示例为了演示目的进行了简化，但核心架构和设计思想是实际嵌入式项目开发中常用的方法。通过合理的架构设计、模块划分和技术选型，可以构建出可靠、高效、可扩展的嵌入式系统。 在实际项目中，需要根据具体的硬件平台、功能需求和资源限制，对架构和代码进行详细设计和优化。 同时，完整的项目代码会远超过3000行，需要更详细的协议栈实现、音频解码库集成、硬件驱动开发、以及更完善的错误处理和容错机制。

希望这个详细的说明和代码示例能够帮助您理解嵌入式系统开发流程和代码架构设计。