數字化車內通信系統方案設計

摘要：為了實現一種集成化、網絡化、數字化和多功能的新一代車內通信系統，綜合運用ARM嵌入式控制、計算機網絡和數字通信等技術，設計了一種新型的數字化車內通信系統實現方案。該方案設計合理、接口豐富、擴展性強，數字化和網絡化程度高，系統功能設計完備，為新一代車內通信系統設計研制提供了參考。
關鍵詞：車內通信；數字化；網絡化；方案

近年來，隨著通信技術、微電子技術和計算機網絡技術的不斷發展，車內通信系統正朝著集成化、數字化、網絡化和多功能化方向發展。新一代車內通信系統，要能夠實現車內、車下、車際的話音統一交換與處理，滿足車內乘載員間話音指揮、數據共享的要求，滿足車際之間的話音直接指揮、話音撥號及數據指揮的要求。

1 車內通信系統總體框架設計
車內通信系統的設計思路是以先進的工程設計思想為指導，采用目前最流行的嵌入式開發技術，計算機網絡技術和數字通信等先進技術設計的一種新型的數字化車內通信系統。

車通系統內所有車通設備的通信模塊采用全雙工交換式千兆以太網交換模塊，對外提供多個10／100自適應以太網接口。各車通設備之間采用交換端口級聯方式連接，通信速率為100 Mbps。車載計算機或便攜式計算機可連接在車通設備的任意一個以太網口(ETH)。話筒產生的模擬音頻信號通過采樣量化成數字信號后再通過系統網絡傳輸，話音信號數字化前進行了動態降噪放大。

2 車內通信系統硬件系統設計
2．1 硬件系統設計
車內通信系統的所有設備統一采用ARM開發平臺，通過以太網總線進行互聯。ARM處理器主要完成對各種開關、旋紐、顯示屏與指示燈的輸入輸出控制，語音的采集回放與交換傳輸處理以及網絡通信控制，系統硬件框圖如圖2所示。

2．2 ARM主控板硬件設計
ARM主控芯片是SAMSUNG公司最新的32位高性能低功耗S3C6410通用微處理器。該處理器外部存儲器接口，能滿足在高端通信服務中的數據帶寬要求。為了降低整個系統的成本和提升總體功能，處理器還包括很多硬件功能外設，如系統管理單元、4通道的UART、32通道的DMA、4通道定時器、通用I／O口、I2S總線、I2C總線、USB Host、高速USB OTC、SD Host、高速MMC卡接口以及內部的PLL時鐘發生器。
ARM處理器主控板硬件采用AC97接口與音頻處理芯片WM9714相連，實現話音采集與播放控制。ARM處理器主控板通過SP3232芯片，將串口TTL電平轉化為RS232電平，以實現串口通信；通過FE1．1S芯片擴展4個USB Host接口，支持U盤、鼠標、鍵盤、藍牙等USB設備；通過以太網控制芯片DM9000AE實現網絡數據傳輸與控制；通過I／O口與顯示屏、旋轉開關和指示燈等設備直接相連。
2．3 音頻處理模塊設計
音頻處理模塊采用WM9714芯片，該芯片是一款專為移動終端和通信而設計的高度集成的輸入／輸出器件，采用了雙編解碼器運行的架構，通過AC連接接口支持高保真(Hi-Fi)立體聲編解碼器功能，同時還通過一個PCM型同步串行端口(SSP)支持聲音編碼解碼器功能。該芯片能夠直接連接到單聲道或立體聲麥克風、立體聲耳機以及立體聲揚聲器，從而降低了系統元器件總數。與耳機、揚聲器以及聽筒的無電容連接，可節省成本和印刷電路板面積。
ARM處理器通過一個符合AC-97標準、單獨的AC-Link接口，可以連接和控制所有的芯片功能。WM9714芯片可以直接輸入24．576 MHz的主時鐘，或者由板上的鎖相環從一個13 MHz(或其它頻率)時鐘從內部產生。WM9714L運行的電源電壓范圍為1．8 V～3．6 V；芯片上的任何部分都可以通過軟件控制實現關斷來降低功耗。
2．4 網絡控制模塊設計
系統網絡控制采用DAVICOM公司的DM9000AE芯片，該芯片集成了10／100M收發器、4K雙字SRAM，可支持8／16bit工作模式、交叉線自適應功能、MII／RMII接口和UDP／TCP／IP加速。該芯片可與微處理器以8 bit或16 bit的總線方式連接，并可根據需要以單工或全雙工等模式運行。網口接口采用HR911105A芯片，該芯片具有信號耦合、電氣隔離、阻抗匹配、抑制干擾等優點。由于HR911105A自帶網絡變壓器，DM90 00AE接收信號線RX+、RX-和發送信號線TX+、TX-可直接連接到HR911105A的發和收腳上。網絡變壓器的主要作用是將嵌入式系統與外部線路相隔離，防止干擾和燒壞元器件，實現帶電的插拔功能。