帶有時標的嵌入式語音信號錄取系統設計

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

3 軟件程序設計
本采集系統軟件在Nios EDS環境下進行開發，由于程序中只有一個線程，結構比較簡單，故并未采用操作系統。主程序在完成各個模塊初始化后進入等待狀態，GPS的串口數據、PPS觸發信號和按鍵觸發信號采用中斷形式，利用中斷服務子函數完成各項功能。
3．1 時間信息的解析
由于GPS接收機M12MT具有多種數據輸出格式，其中時間格式默認為為格林威治標準時間，故為了保證數據解析的正確性，在系統啟動后首先對GPS接收機進行初始化，使其時區設定為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個字節即產生一個中斷，故NiosⅡ處理器首先需要對接收到的數據進行緩存，當收到5個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位即是時間數據，其格式為mm，dd，yy，hh，mm，ss。
需要特別說明的有兩點：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間加1 s，而后利用下一個PPS信號進行觸發；第二，GPS接收機在鎖定3顆以上衛星時時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，時間信息可靠，PPS信號可以作為觸發信號。
3．2 采集數據的封裝
Audio控制器輸出的數據是按照采樣時刻先后順序生成的一系列二進制數值點，為了加入起始時刻的時間標志，同時便于評估系統進行后續處理，本錄取系統對采樣起始時刻和采樣數據進行封裝。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、數據長度等信息，然后再在WAV文件的前面加入二進制的時間信息形成DAT格式文件。評估系統通過DAT文件中的時間信息和WAV文件中的采樣率等信息即可計算出每個采樣點的絕對時間。
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卡的寫入和讀取，本錄取系統利用FAT文件系統對SD卡進行讀寫操作。由于處理器中沒有使用操作系統，故需要自己移植文件系統和編寫底層驅動函數。
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、控制命令的寫入、數據的讀寫等功能；功能層完成塊數據的讀寫、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技術在FPGA平臺上實現帶有時標的嵌入式語言信號錄取系統，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時間解析、采集數據的封裝、文件系統的引用等軟件編寫進行了詳細的介紹。經實際使用驗證，本錄取系統能夠在GPS時間觸發下完成語音信號的錄取，錄取得到的數據帶有時標信息，能夠滿足語音電臺抗干擾客觀評估系統的技術要求。