基于ARM9處理器S3C2410的數(shù)字多路語(yǔ)音記錄器-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于ARM9處理器S3C2410的數(shù)字多路語(yǔ)音記錄器-設(shè)計(jì)應(yīng)用1．引言

數(shù)字多路語(yǔ)音記錄器在安全、監(jiān)控方面有很多應(yīng)用。一些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案基于工控機(jī)，用數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的A/D轉(zhuǎn)換，用軟件實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音編解碼，這種方案成本高、功耗大。如果采用嵌入式的設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能，并且具有低成本，低功耗的特點(diǎn)。

普通的低成本嵌入式處理器性能不高，不足以實(shí)現(xiàn)多路語(yǔ)音的實(shí)時(shí)編碼、解碼，需要用專(zhuān)門(mén)的語(yǔ)音處理芯片完成這一工作?；贒SP自主設(shè)計(jì)語(yǔ)音編碼器是一種方法，但工作量大。AC48304廣泛應(yīng)用于各種小型VOIP網(wǎng)關(guān)中，價(jià)格低廉，是一種很好的替代方案。同時(shí)AC48304還具有DTMF識(shí)別和靜音檢測(cè)等功能，便于實(shí)現(xiàn)電話號(hào)碼識(shí)別和語(yǔ)音的自動(dòng)記錄。

ARM是一種應(yīng)用廣泛的嵌入式處理器，Samsung、Atmel等廠家生產(chǎn)的ARM處理器接口豐富，技術(shù)支持全面。ARM處理器價(jià)格低、性價(jià)比高，向下取代了大量單片機(jī)的應(yīng)用，向上滲透高端嵌入式處理器的市場(chǎng)。在本多路語(yǔ)音記錄器中，采用了Samsung的ARM9處理器S3C2410，操作系統(tǒng)則采用了嵌入式linux。

2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

語(yǔ)音記錄器包括語(yǔ)音處理模塊、ARM系統(tǒng)模塊、硬盤(pán)記錄模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊幾個(gè)部分。為使系統(tǒng)配置靈活，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主控板和擴(kuò)展板兩個(gè)部分，在主控板上實(shí)現(xiàn)16路語(yǔ)音通道，另設(shè)計(jì)一個(gè)16通道的語(yǔ)音擴(kuò)展板，整個(gè)系統(tǒng)可以用4的倍數(shù)進(jìn)行語(yǔ)音通道的擴(kuò)展，多達(dá)到32個(gè)語(yǔ)音通道。計(jì)算機(jī)控制部分集成S3C2410處理器、64MBSDRAM及16MB的FLASH，構(gòu)成一個(gè)嵌入式小系統(tǒng)。

語(yǔ)音CODEC采用AMD的LE58QL021，該器件是3.3V單電壓用戶線語(yǔ)音處理器，在小型語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)中是AC48304的常用搭配，支持4通道語(yǔ)音AD/DA，支持E1PCMHighway，能與AC48304實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。LE58QL021的工作模式可軟件編程控制，ARM通過(guò)MPI（MicroprocessorInterface）串行控制總線設(shè)置LE58QL021的各種工作參數(shù)。

基于DM9000網(wǎng)絡(luò)控制器，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)10/100Mbps自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，Linux操作系統(tǒng)提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)支持。IDE接口則是由一片CPLD實(shí)現(xiàn)，硬盤(pán)用于語(yǔ)音的本地記錄。主要部分電路原理見(jiàn)圖1。

Linux中程序運(yùn)行的環(huán)境分為內(nèi)核空間和用戶空間，內(nèi)核空間的程序優(yōu)先級(jí)高于用戶空間。為保證編碼數(shù)據(jù)被及時(shí)讀取，需在內(nèi)核級(jí)別的進(jìn)程中定時(shí)讀取AC48304產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。有兩種方式可將用戶程序加入到內(nèi)核空間中運(yùn)行：修改Linux內(nèi)核源代碼，直接將用戶程序代碼編譯到內(nèi)核中；利用Linux的模塊機(jī)制，動(dòng)態(tài)的將用戶程序代碼添加到內(nèi)核空間中運(yùn)行。種方法實(shí)現(xiàn)難度比較大，而且容易出錯(cuò)。第二種方法實(shí)現(xiàn)難度小，效果與種相同，本系統(tǒng)中采用的是第二種方法。

將AC48304的讀取操作作為驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用insmod命令動(dòng)態(tài)加載到內(nèi)核中去，在定時(shí)中斷的服務(wù)函數(shù)中讀取AC48304的數(shù)據(jù)。S3C2410中有5個(gè)用戶可編程的時(shí)鐘中斷，中斷優(yōu)先級(jí)別高，中斷的頻率可編程控制，其中時(shí)鐘中斷Timer3已用于DMA控制，Tmer4用于進(jìn)程調(diào)度。本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)中使用Timer2，通過(guò)配置相關(guān)控制寄存器將Timer2的中斷頻率設(shè)為500HZ，適當(dāng)?shù)脑黾幼x取查詢操作頻率，保證數(shù)據(jù)及時(shí)讀取。中斷服務(wù)函數(shù)是由內(nèi)核來(lái)執(zhí)行的，優(yōu)先級(jí)高于用戶程序，可保證讀取操作的實(shí)時(shí)性。為AC48304的每個(gè)通道分配一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，定時(shí)中斷函數(shù)中讀取的數(shù)據(jù)先保存在緩沖區(qū)中，用戶程序通過(guò)讀取該緩沖區(qū)獲得語(yǔ)音數(shù)據(jù)，這樣對(duì)外部用戶而言，語(yǔ)音數(shù)據(jù)沒(méi)有丟失，語(yǔ)音延遲在毫秒級(jí)別，完全可以滿足需求。

4．3應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

將應(yīng)用程序及驅(qū)動(dòng)程序文件加入文件系統(tǒng)中，修改有關(guān)啟動(dòng)的配置文件，使得系統(tǒng)啟動(dòng)完畢時(shí)自動(dòng)加載目標(biāo)程序，這樣每次設(shè)備啟動(dòng)時(shí)將自動(dòng)進(jìn)入應(yīng)用程序。主程序流程如圖3所示，主程序的功能主要是：

u系統(tǒng)配置：系統(tǒng)的配置表存儲(chǔ)在一片S-EEPROM中，配置表可以通過(guò)串口終端或者網(wǎng)絡(luò)在線配置。

u初始化系統(tǒng)：包括向DSP內(nèi)核程序和應(yīng)用程序，啟動(dòng)DSP及LE58QL021等。

u語(yǔ)音數(shù)據(jù)讀寫(xiě)：通過(guò)DSP的HPI總線讀取DSP數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音采集，通過(guò)HPI把數(shù)據(jù)寫(xiě)入DSP實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音回放。

u數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：根據(jù)錄音計(jì)劃將需要錄音的語(yǔ)音數(shù)據(jù)保存到硬盤(pán)中。

u命令處理：包括選擇語(yǔ)音通道命令、回放命令、校時(shí)命令、增益調(diào)節(jié)命令、配置表傳輸命令、錄音數(shù)據(jù)上傳命令等。

圖3.主程序流程圖

5．結(jié)束語(yǔ)

本記錄器多支持32路語(yǔ)音實(shí)時(shí)處理，在硬盤(pán)上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間錄音，并可通過(guò)10/100Mbps以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳和管理。經(jīng)測(cè)試本記錄器可以很好的完成語(yǔ)音數(shù)據(jù)的采集、壓縮、存儲(chǔ)、解壓縮和回放，內(nèi)核級(jí)別的用戶進(jìn)程運(yùn)行正常，保證了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。該語(yǔ)音記錄器具有低成本、低功耗、結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，具有很好的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

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