基于ARM9微處理器的無線電臺網絡控制系統的設計

　　1、引言

　　隨著無線電臺技術的飛速發展，越來越多的行業開始使用無線電。數據傳輸速率從低速走到高速，傳輸的信號從簡單代碼發展到遙控遙測數據、數字化語音、動態圖像等。無線電臺因其高穩定性和高可靠性適用于各類無線數據采集與監視控制系統，尤其是應用在輸油供氣管網監測、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、環境監測等工業自動化系統。

　　2、系統概述

　　本文把嵌入式技術與無線電臺通信技術相結合，研究出一種新型的嵌入式網絡控制器。控制器內的電路板是以ARM9嵌入式微處理器為核心，對外提供多個接口，包括3個串口，小型的系統總線接口，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絡控制器的功能。在本系統中我們主要使用3個串口及以太網口。

　　該無線電臺網絡控制器設計的主要原理是：電臺接收對講機發出的語音信號并通過音頻電纜輸出到網絡控制器終端。控制器內的語音編解碼芯片負責把模擬的語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，壓縮后的語音數據包通過互聯網發送到服務器，服務器軟件根據一定的規則轉發數據包到其它網絡控制器終端。收到語音壓縮碼流的控制器負責解碼、D/A轉換，通過音頻電纜把語音信號輸入到電臺，最后無線電臺通過內部的發射模塊將語音信號發送到對講機。這個過程實現了語音數據跨互聯網傳輸，用戶通過PC或其他網絡設備將控制指令發送到控制器終端。終端內的軟件負責解釋指令并且通過串口將指令傳送給電臺。電臺再下達指令給各個被控制的設備，從而實現了對電臺及相關設備的遠程控制。

　　3、硬件設計

　　在分析了無線電臺網絡控制器工作原理的基礎上，我們對系統的子模塊和任務進行了整體設計。整個系統可以分成兩個相對獨立的部分來完成：無線電臺網絡控制器終端和服務器軟件。控制器1將編碼后的g72x碼流發送到服務器，服務器根據路由表信息，將數據轉發到控制器2、控制器3、控制器4…控制器n，控制器與服務器之間采用TCP或UDP協議。無線電臺網絡控制器結構示意圖如圖1所示。

　　圖1 無線電臺網絡控制器結構圖

　　硬件設計除了核心板的選型外，主要是外部電路的設計。我們選擇了性價比比較好的SBC-2410核心板。外圍電路的設計主要包括音頻信號采集模塊、網絡數據收發模塊、串口控制電路等[3]，其中音頻信號采集電路我們選的是uda1341語音編解碼芯片，網絡控制器芯片我們采用的是cs8900芯片。

　　3.1 嵌入式核心板簡介

　　SBC-2410具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優良特性，并且已經應用在多個設計中，基于可重用的思想，整個平臺承載ARM最精簡系統，把有用的信號線通過兩排插針引出去。無線電臺網絡控制器終端的具體應用按照實際的需求進行設計，通過兩排插座與核心板相連[4]。

　　3.2 語音芯片接口電路

　　由于S3C2410內置的IIS總線接口能夠和其他廠商提供的多媒體編解碼芯片配合使用，所以無線電臺網絡控制器終端內部語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總線上面的數據，同時也為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總線可以同時接收和發送音頻數據。