基于A(yíng)RM9的無(wú)線(xiàn)電臺網(wǎng)絡(luò )控制系統的設計與研究

1、引言

在如今的信息時(shí)代，由于人們對系統性能和成本控制要求的不斷提高，嵌入式系統憑其優(yōu)良的性?xún)r(jià)比和獨特的便利性得到了越來(lái)越多的人們的青睞。無(wú)線(xiàn)電臺已經(jīng)由傳統的模擬式向數字化演進(jìn)，由孤立系統向網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)邁進(jìn)。網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的快速發(fā)展極大地推動(dòng)了嵌入式系統的發(fā)展。

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)電臺技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的行業(yè)開(kāi)始使用無(wú)線(xiàn)電臺，因為用無(wú)線(xiàn)電臺方式實(shí)現數據采集、監視與控制，相對于架設專(zhuān)用的電纜或光纜，具有造價(jià)低廉、運行可靠、維護方便等優(yōu)點(diǎn)[1]。無(wú)線(xiàn)電臺的使用從最早的按鍵電碼、電報發(fā)展到模擬電臺加無(wú)線(xiàn)MODEM、數字電臺和DSP及軟件無(wú)線(xiàn)電。數據傳輸速率從低速走到高速，傳輸的信號從簡(jiǎn)單代碼發(fā)展到遙控遙測數據、數字化語(yǔ)音、動(dòng)態(tài)圖像等。無(wú)線(xiàn)電臺因其高穩定性和高可靠性適用于各類(lèi)無(wú)線(xiàn)數據采集與監視控制系統，尤其是應用在輸油供氣管網(wǎng)監測、城市防空報警控制、鐵路信號監控、電力負荷監控[2]、城市路燈監控、鐵路供水集中控制、GPS定位系統、地震測報、污水處理、環(huán)境監測等工業(yè)自動(dòng)化系統。

2、系統概述

本文把嵌入式技術(shù)與無(wú)線(xiàn)電臺通信技術(shù)相結合，研究出一種新型的嵌入式網(wǎng)絡(luò )控制器?？刂破鲀鹊碾娐钒迨且詀rm9嵌入式微處理器為核心，對外提供多個(gè)接口，包括3個(gè)串口，小型的系統總線(xiàn)接口，以及非常豐富的常用嵌入式系統接口，如SPI x 1、I2C x 1、I2S x 1、AD x 2、PWM x 1 、USB Host、 USB Slave接口等，有了這些接口，我們可以根據需求拓展嵌入式網(wǎng)絡(luò )控制器的功能。在本系統中我們主要使用3個(gè)串口及以太網(wǎng)口。

該無(wú)線(xiàn)電臺網(wǎng)絡(luò )控制器設計的主要原理是：電臺接收對講機發(fā)出的語(yǔ)音信號并通過(guò)音頻電纜輸出到網(wǎng)絡(luò )控制器終端?？刂破鲀鹊恼Z(yǔ)音編解碼芯片負責把模擬的語(yǔ)音信號轉換成數字信號，控制器內的軟件負責壓縮音頻數據，壓縮后的語(yǔ)音數據包通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器軟件根據一定的規則轉發(fā)數據包到其它網(wǎng)絡(luò )控制器終端。收到語(yǔ)音壓縮碼流的控制器負責解碼、D/A轉換，通過(guò)音頻電纜把語(yǔ)音信號輸入到電臺，最后無(wú)線(xiàn)電臺通過(guò)內部的發(fā)射模塊將語(yǔ)音信號發(fā)送到對講機。這個(gè)過(guò)程實(shí)現了語(yǔ)音數據跨互聯(lián)網(wǎng)傳輸，用戶(hù)通過(guò)PC或其他網(wǎng)絡(luò )設備將控制指令發(fā)送到控制器終端。終端內的軟件負責解釋指令并且通過(guò)串口將指令傳送給電臺。電臺再下達指令給各個(gè)被控制的設備，從而實(shí)現了對電臺及相關(guān)設備的遠程控制。

3、硬件設計

在分析了無(wú)線(xiàn)電臺網(wǎng)絡(luò )控制器工作原理的基礎上，我們對系統的子模塊和任務(wù)進(jìn)行了整體設計。整個(gè)系統可以分成兩個(gè)相對獨立的部分來(lái)完成：無(wú)線(xiàn)電臺網(wǎng)絡(luò )控制器終端和服務(wù)器軟件?？刂破?將編碼后的g72x碼流發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器根據路由表信息，將數據轉發(fā)到控制器2、控制器3、控制器4…控制器n，控制器與服務(wù)器之間采用TCP或UDP協(xié)議。無(wú)線(xiàn)電臺網(wǎng)絡(luò )控制器結構示意圖如圖1所示。

硬件設計除了核心板的選型外，主要是外部電路的設計。我們選擇了性?xún)r(jià)比比較好的SBC-2410核心板。外圍電路的設計主要包括音頻信號采集模塊、網(wǎng)絡(luò )數據收發(fā)模塊、串口控制電路等[3]，其中音頻信號采集電路我們選的是uda1341語(yǔ)音編解碼芯片，網(wǎng)絡(luò )控制器芯片我們采用的是cs8900芯片。

3.1 嵌入式核心板簡(jiǎn)介

SBC-2410具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優(yōu)良特性，并且已經(jīng)應用在多個(gè)設計中，基于可重用的思想，整個(gè)平臺承載ARM最精簡(jiǎn)系統，把有用的信號線(xiàn)通過(guò)兩排插針引出去。無(wú)線(xiàn)電臺網(wǎng)絡(luò )控制器終端的具體應用按照實(shí)際的需求進(jìn)行設計，通過(guò)兩排插座與核心板相連[4]。

圖1 無(wú)線(xiàn)電臺網(wǎng)絡(luò )控制器結構圖

3.2 語(yǔ)音芯片接口電路

由于S3C2410內置的IIS總線(xiàn)接口能夠和其他廠(chǎng)商提供的多媒體編解碼芯片配合使用，所以無(wú)線(xiàn)電臺網(wǎng)絡(luò )控制器終端內部語(yǔ)音模塊的設計是基于IIS（Integrate Interface of Sound）接口的。提供IIS接口能夠讀取IIS總線(xiàn)上面的數據，同時(shí)也為FIFO(First Input First Output)數據提供DMA(Direct Memory Access)的傳輸模式，這樣能夠同時(shí)傳送和接收數據。IIS接口有3種工作方式，分別是正常傳輸模式、DMA模式和傳輸/接受模式，在本文的設計中，我們選擇了傳輸/接受模式，在這種模式下，IIS總線(xiàn)可以同時(shí)接收和發(fā)送音頻數據。