基于A(yíng)RM微處理器的機載語(yǔ)音告警系統設計

摘要：針對某型現代軍用飛機的研制要求，設計了基于ARM微處理器的機栽語(yǔ)音告警系統。該系統硬件設計采用立體數字語(yǔ)音轉換器，并對語(yǔ)音采 用差分方式輸出以提高抗干擾能力，設計了50 ms掉電保護。軟件采用U-Boot的移植及告警命令優(yōu)先級的調度處理技術(shù)，并將大語(yǔ)音庫從NAND Flash直接加載到SDRAM中，減小發(fā)音間隔。其應用結果表明，該機載語(yǔ)音告警系統能根據戰場(chǎng)形勢變化解析告警命令后對飛行員發(fā)出告警語(yǔ)音，并且接收 到告警命令到發(fā)出告警語(yǔ)音間隔小于40 ms，適應現代復雜多變的戰場(chǎng)環(huán)境，告警語(yǔ)音音質(zhì)清晰、無(wú)間斷音。
關(guān)鍵詞：語(yǔ)音告警；ARM；音頻芯片；掉電保護；U-Boot的移植

飛機語(yǔ)音告警系統是新型飛機必備的一種機載設備，其作用是將飛機當前的工作狀態(tài)、危險狀況或者通過(guò)數據鏈獲取的作戰任務(wù)命令，實(shí)時(shí)以語(yǔ)音方式告知飛行員。 在飛機飛行過(guò)程中飛行員一般是通過(guò)安裝在座艙里的操作臺、儀表和告警信號燈來(lái)了解飛機各個(gè)系統的工作狀態(tài)。由于飛行員在飛行時(shí)為完成相應的飛行任務(wù)，注意 力高度集中在飛行高度、速度和雷達參數等數據信息上，對飛機故障信息的注意力要相對弱一些，這樣就會(huì )出現飛行員不能及時(shí)地對故障采取措施，從而導致嚴重的 飛行事故。同時(shí)，目前大多數新研制或改裝的飛機都有數據鏈系統，許多作戰任務(wù)命令不再單純依靠地面指揮人員或長(cháng)機的語(yǔ)音傳達，可通過(guò)數據鏈或根據戰場(chǎng)態(tài)勢 產(chǎn)生，并及時(shí)告知飛行員，因此，針對某新型飛機的研制要求，設計了基于ARM單片機的語(yǔ)音告警系統。

1 系統總體框架設計與工作原理
語(yǔ)音告警系統由以下6部分組成：語(yǔ)音命令輸入單元、語(yǔ)音命令真偽和優(yōu)先權判斷單元、告警語(yǔ)音播放單元、電源及其監控單元、自檢測單元和調試接口，系統設計框圖如圖l所示。

系統的語(yǔ)音告警數據可以通過(guò)JTAG預先裝載到非遺失的NAND Flash中，系統上電后自動(dòng)將告警軟件和語(yǔ)音告警數據加載到SDRAM中。系統工作時(shí)，通過(guò)RS422接收外系統傳來(lái)的一個(gè)或多個(gè)告警命令，按照告警命 令的優(yōu)先級依次發(fā)出告警語(yǔ)音。當新的告警命令優(yōu)先級高于當前告警命令時(shí)，中斷當前告警語(yǔ)音；當高優(yōu)先級的告警命令處理結束后，接著(zhù)依次發(fā)出較低一級的告警 語(yǔ)音。

2 硬件設計
2．1 ARM處理器單元
ARM處理器單元由S3C2440型ARM、存儲單元的NAND Flash和SDRAM組成。
2．1．1 S3C2440尋址原理
S3C2440是基于A(yíng)RM920T內核的16／32位RISC微處理器，提供32位地址總線(xiàn)，可以訪(fǎng)問(wèn)4 Gb的線(xiàn)性地址空間，而S3C2440的內部地址總線(xiàn)是30 b，能夠訪(fǎng)問(wèn)的最大外部地址空間是1 GB，可見(jiàn)S3C2440僅利用ARM920T32位地址空間的低30位。S3C2440將1 GB的外部地址空間分成了8個(gè)存儲器組，每個(gè)組的大小128 MB，其中6個(gè)用于ROM、SRAM等存儲器，2個(gè)用于ROM、SRAM、SDRAM存儲器。S3C2440對外尋址時(shí)，采用了部分譯碼的方式，低位地址 線(xiàn)用于外圍存儲器的片內尋址，高位地址線(xiàn)用于外圍存儲器的片外尋址。高3位ADDR[29：27]來(lái)選擇該地址屬于哪一個(gè)
存儲器組，ADDR[26：0]來(lái)實(shí)現相應存儲器組的內部尋址，尋址范圍為128 MB，從而使得其外圍地址訪(fǎng)問(wèn)空間為1 GB。
2．1．2 存儲單元設計
NAND Flash接口信號較少(如圖2所示)，數據寬度只有8 b，沒(méi)有地址總線(xiàn)，地址、數據總線(xiàn)復用，串行讀取，以頁(yè)(page)為單位進(jìn)行讀寫(xiě)，以塊(block)為單位進(jìn)行擦除。操作NAND Flash時(shí)，先傳輸命令，然后再傳輸地址，最后讀寫(xiě)數據。本系統采用64 Mx8 bit的K9F1208，其組織方式可以分4類(lèi)地址：
1)Column Address表示數據在半頁(yè)中的地址，大小范圍0～255，用A[0：7]表示；
2)Hafpage Pointer表示半頁(yè)在整頁(yè)中的位置，即在O～255空間或256～511空間，用A[8]表示；A[8]=00為上半頁(yè)，A[8]=01為下半頁(yè)；
3)Page Address表示頁(yè)在塊中的地址，大小范圍0～31，用A[9：13]表示；
4)Block Address表示塊在flash中的位置，大小范圍0～4 095，A[14：25]表示。

對NAND Flash操作時(shí)，地址分4個(gè)周期傳送。