帶有時(shí)標的嵌入式語(yǔ)音信號錄取系統設計

2．3 數據存儲系統的設計
為了實(shí)現大容量數據存儲，本采集系統選用當下比較流行SD卡作為存儲介質(zhì)。由于SD卡采用的是串行讀寫(xiě)方式，時(shí)序較為復雜，且其數據量較大，故采用Verilog編寫(xiě)了SD控制器，其結構如圖3所示。Avalon Interface FSM與Avalon總線(xiàn)相連接，用來(lái)完成控制器與NiosⅡ處理器通信；SD Card Interface與SD卡相連，完成數據的串／并轉換和時(shí)序控制。

3 軟件程序設計
本采集系統軟件在Nios EDS環(huán)境下進(jìn)行開(kāi)發(fā)，由于程序中只有一個(gè)線(xiàn)程，結構比較簡(jiǎn)單，故并未采用操作系統。主程序在完成各個(gè)模塊初始化后進(jìn)入等待狀態(tài)，GPS的串口數據、PPS觸發(fā)信號和按鍵觸發(fā)信號采用中斷形式，利用中斷服務(wù)子函數完成各項功能。
3．1 時(shí)間信息的解析
由于GPS接收機M12MT具有多種數據輸出格式，其中時(shí)間格式默認為為格林威治標準時(shí)間，故為了保證數據解析的正確性，在系統啟動(dòng)后首先對GPS接收機進(jìn)行初始化，使其時(shí)區設定為GMT+8，每秒鐘串口輸出一組數據，格式采用@@Eq形式。
由于UART控制器每收到1個(gè)字節即產(chǎn)生一個(gè)中斷，故NiosⅡ處理器首先需要對接收到的數據進(jìn)行緩存，當收到5個(gè)字節后判斷是否是報頭，如果是報頭就繼續接收，否則計數器清零并重新進(jìn)行緩沖。在報頭解析正確后，處理器將所有報文依次接收并存儲到緩沖區中，緩沖區中的前18位即是時(shí)間數據，其格式為mm，dd，yy，hh，mm，ss。
需要特別說(shuō)明的有兩點(diǎn)：第一，由于每一秒的PPS信號早于串口數據的輸出，故處理器需要對接收到的時(shí)間加1 s，而后利用下一個(gè)PPS信號進(jìn)行觸發(fā)；第二，GPS接收機在鎖定3顆以上衛星時(shí)時(shí)間數據才具有可靠性，故需要判斷報文中的fix標志位，如果fix位是1，這表明衛星已鎖定，時(shí)間信息可靠，PPS信號可以作為觸發(fā)信號。
3．2 采集數據的封裝
Audio控制器輸出的數據是按照采樣時(shí)刻先后順序生成的一系列二進(jìn)制數值點(diǎn)，為了加入起始時(shí)刻的時(shí)間標志，同時(shí)便于評估系統進(jìn)行后續處理，本錄取系統對采樣起始時(shí)刻和采樣數據進(jìn)行封裝。首先將采樣數據封裝成WAV文件格式，加入相應的格式標志、采樣率、采樣精度、聲道數、數據長(cháng)度等信息，然后再在WAV文件的前面加入二進(jìn)制的時(shí)間信息形成DAT格式文件。評估系統通過(guò)DAT文件中的時(shí)間信息和WAV文件中的采樣率等信息即可計算出每個(gè)采樣點(diǎn)的絕對時(shí)間。
3．3 文件系統的引用
為了提高SD卡存儲的兼容性，便于通用計算機對SD卡的寫(xiě)入和讀取，本錄取系統利用FAT文件系統對SD卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作。由于處理器中沒(méi)有使用操作系統，故需要自己移植文件系統和編寫(xiě)底層驅動(dòng)函數。
本錄取系統中的文件系統采用層次結構設計，共分為3層，即硬件描述層(HAL)、功能層和應用層。硬件描述層完成SD卡檢測、控制命令的寫(xiě)入、數據的讀寫(xiě)等功能；功能層完成塊數據的讀寫(xiě)、查找、替換等功能；應用層完成格式化、文件建立與刪除、文件寫(xiě)入與讀出等功能。主函數調用應用層的功能函數即可完成對SD卡的文件操作。

4 結論
本文介紹了一種利用SOPC技術(shù)在FPGA平臺上實(shí)現帶有時(shí)標的嵌入式語(yǔ)言信號錄取系統，不但論述了錄取系統的結構組成與工作原理，而且對GPS控制器、Audio控制器、SD卡控制器等硬件設計和GPS時(shí)間解析、采集數據的封裝、文件系統的引用等軟件編寫(xiě)進(jìn)行了詳細的介紹。經(jīng)實(shí)際使用驗證，本錄取系統能夠在GPS時(shí)間觸發(fā)下完成語(yǔ)音信號的錄取，錄取得到的數據帶有時(shí)標信息，能夠滿(mǎn)足語(yǔ)音電臺抗干擾客觀(guān)評估系統的技術(shù)要求。