基于EP7312的新一代公用信息終端的設計

信息終端屬于公用電話領域，在功耗，接入方式，操作方便性等方面都有特殊要求，因此采用標準的嵌入式系統設計。

信息終端的處理器選用SoC嵌入式處理器 ARM7系列中的EP7312。處理器采用ARM7TDMI的處理器內核，有8k字節高速緩沖存儲器（CACHE），支持MMU，帶64路TLB（translation look-aside buffer）；寫緩沖器。超低功耗（典型值）74MHz工作狀態時為90mW， 18MHz工作狀態時為30mW，空閑狀態時為10mW（CPU時鐘停止，其余工作），掛起狀態時1 mW（實時時鐘工作，其余停止工作）。

操作系統采用NUCLEUS嵌入式操作系統。 NUCLEUS嵌入式操作系統提供源代碼，用戶能夠深入地了解底層內核的運作方式，并可根據自己的特殊要求改動系統軟件。它采用了先進的微內核（Micro-kernel）技術，在優先級安排，任務調度，任務切換等各個方面都有相當大的優勢，對防止優先級倒轉等的方面都有一定的獨到之處。而且，能夠結合 Paradigm，SDS以及 ATI自己的多任務調試器組成功能強大的集成開發環境。另外 NUCLEUS除提供功能強大的內核操作系統外，還提供種類豐富的功能模塊。

信息終端利用ISDN接入公用互聯網，由于 ISDN交換機有遠供的能力（可以提供1W的電力），接入終端不需要外接電源，接入方式簡單。這對于一種公用電話的替代產品來說是非常理想的。而且ISDN網性能穩定，使用靈活，技術成熟。信息終端可以充分利用ISDN的兩個B通道可以給用戶提供一種公用互聯網接入方式，在這個平臺基礎上就可以開發出各種形式的增值服務。

2 信息終端的硬件設計

信息終端硬件的核心是終端主板，它負責管理鍵盤掃描、外圍狀態監測等。LCD接口提供 320240分辨率的顯示屏用以顯示數據、圖像，以及與用戶交互信息。另外，由于信息終端屬于公用電話系統，還需包含讀卡器板、功能鍵盤板、門開及摘掛機檢測等功能模塊。

本系統充分利用ISDN交換機的供電能力，電源板從ISDN線路取電，經變換后向主板提供+5V和+3.3V電源。自帶后備電池，保證在線路掉電時，能完成正在進行的操作和保存記錄。主板的原理框圖如圖1所示。

EP7312通過總線對FLASH、SDRAM、HFC-S+進行控制。處理器通過對HFC-S+進行控制，實現ISDN 通話及通信的功能。MC145576芯片主要完成ISDN參考模型中的S/T接口和U接口之間轉換。主板上集成8M的FLASH存貯空間，分為兩個部分，其中3M作為程序空間，剩下存放和MS- DOS4兼容的文件系統。HFC-S+支持B通道和D通道高級數據鏈路控制（HDLC），向外提供GCI總線、FIFO控制等。MC145481 CODEC芯片是一個PCM編解碼芯片，它實現聲音的數字化和重組。

在EP7312的鍵盤掃描各口線上都加上雙向過壓保護二極管BAV99及防短路的電阻，提高了防靜電能力及防短路能力。主板時鐘芯片采用PHILIPS的 PCF8563芯片以防止停振。

本系統的軟件主要分為啟動代碼，芯片驅動程序設計，操作系統和ISDN協議棧的移植，應用程序的設計等。系統軟件結構如圖2。

3.1 啟動代碼的設計
啟動代碼在信息終端的設計中是很重要的一環，它是EP7312處理器在冷啟動后首先執行的一段代碼，用ARM匯編指令編寫。在這一段程序中要執行一些必須的初始化任務 ，例如中斷向量表的初始化、SDRAM控制器初始化、存儲器管理單元（MMU）初始化等等。

設置入口指針：啟動程序首先必須定義入口指針，而且整個應用程序只有一個入口指針。

設置中斷向量表：ARM7要求中斷向量表必須設置在從0地址開始，連續84字節的空間，分別是復位、未定義指令錯誤、軟件中斷、預取指令錯誤、數據存取錯誤、IRQ、FIQ和一個保留的中斷向量。

初始化堆棧和CPU寄存器：系統堆棧初始化取決于用戶使用的中斷，以及系統需要處理的錯誤類型。還需要設置CPU相關的寄存器，以確定系統使用的SDRAM和其它外設芯片的刷新頻率，數據總線寬度等信息。

初始化存儲器系統：系統集成有MMU來管理內存空間。

改變處理器模式、狀態：本系統讓處理器一直處于超級用戶模式。

初始化C語言所需的存儲器空間：在初始化期間應將系統需要讀寫的數據和變量從

FLASH拷貝到SDRAM里。并要對一些全局的數據進行初始化，如BSS數據段。

跳轉到C程序入口：啟動代碼跳到C程序的入口，開始一段NUCLEUS操作系統的初始化和應用程序初始化的代碼。

啟動代碼的流程框圖如圖3。

ISDN和X25協議棧軟件包是一個按照相關標準編寫的通用軟件包。該軟件包按多進程/多任務操作系統環境設計，支持不同的實現環境，如操作系統、CPU和編譯系統等。一個多進程/多任務操作系統環境一般必須具有以下功能：進程/任務調度、進程/任務之間的通信、共享資源的互斥訪問、內存管理以及定時管理。但是，即使同是多任務操作系統，也還存在著實現機制和函數調用句法的不同。NUCLEUS雖是一個能提供上述功能的實時操作系統，但通用的ISDN和X25協議棧軟件包必須經過移植，才能在NUCLEUS操作系統下運行。因此，ISDN和X25協議棧軟件包的移植工作必須在以下幾個方面進行：

（1）將創建SERVER移植為創建NUCLEUS的任務；

（3）將對通用郵箱的收發操作移植為對 NUCLEUS的消息隊列的收發操作；

（4）將對共享資源的鎖定管理移植為對 NUCLEUS的信號燈的管理；

（5）將定時管理模塊移植為NUCLEUS的定時超時函數；

（6）將通用的禁中斷操作移植為NUCLEUS的禁中斷操作。

3.3 應用程序設計要點
應用程序包括主控模塊，廣告模塊，維護模塊，語音模塊，輸入法，瀏覽器等。

在設計過程中要注意以下幾點：

注意內存釋放：內存申請一定要釋放，特別是程序在對錯誤進行處理的時候。

特定地址保護：嵌入式操作系統并不像WIN DOWS操作系統那樣對一些重要的地址都作了保護。因此在寫應用程序時要特別注意指針的運用，不能讓非法指針出現。

注意多任務的環境：因為在嵌入式系統中每個模塊都有自己的任務，當前任務的運行不能影響其它模塊。

4 結束語

本文所介紹的信息終端在硬件上具有性能穩定，功耗極低，接入方式簡便，使用方便的特點。在操作系統移植和驅動程序的開發上與硬件緊密結合，具有良好的入網兼容性，人機交互良好等特點。目前，該系統已經成功應用于全國大部分的電信公話局，總裝機達兩萬臺，取得良好經濟和社會效益。

參考文獻：
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