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    數字對講機實驗平臺的研制論文
    信息來源:   發布時間:2013-10-17   瀏覽:

    項鐵堯,莊陽濱,林孝康 (清華大學電子工程系,北京100084)

    【摘要】設計了采用CP4FSK調制解調方式的以ARM 9和ADF7021處理器為核心的數字對講機實驗平臺方案。

    開發了啟動引導程序、OEM適應層、外圍設備驅動在內的板級支持包,完成了 Windows Embedded CE系統的移植。

    設計和開發了調制解調系統與嵌入式處理器之間的雙串行接口和相關驅動程序。最后,完成實驗平臺硬件系統的 設計和制作,并對其進行測試。

    【關鍵詞】數字對講機;Windows Embedded CE;ARM;板級支持包;CP4FSK調制 【中圖分類號】TN929.3 【文獻標識碼】A

    Research and Development of Experiment Platform for Digital Walkie-talkie

    XIANG Tie-yao,ZHUANG Yang-bin, LIN Xiao-kang (Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

    【Abstract】A digital walkie-talkie scheme using CP4FSK modulation based on ARM 9 and ADF 7021 processors is designed. Board support package is developed, consisting of boot loader, OEM adaption layer and peripheral hardware drivers. Windows Embedded CE operating system is transplanted. Bi-serial interface and related drivers between modulation system and embedded processor are developed. At last, the hardware system of the experiment platform is completed and tested.

    【Key words】 digital walkie-talkie; Windows Embedded

    1 引言

    2007年9月,原信息產業部無線電管理局發布了 《數字對講機系統設備無線射頻技術指標要求》(試 行),正式啟動了中國對講機數字化進程[1]。當前確定 的數字對講機射頻信道間隔為12.5 kHz與6.25 kHz,

    分別對應二時隙TDMA與FDMA,各指標與P25和 DMR/DPMR標準基本兼容[2]。在2008年2月的首屆數 字對講機應用與發展論壇中,各廠家提出了包括半雙 工語音、單呼與組呼、分組數據業務等全新功能,更加 符合指揮調度的苛刻要求。包括交通運輸、公共安全、

    水利林業和大型企業等專業對講的重點使用領域,均 對數字對講機在同一平臺上滿足多種無線通信需求 的能力表示出濃厚的興趣。

    2 CP4FSK調制解調

    CP4FSK是一種有記憶非線性恒包絡調制。與目 前常用的GMSK調制方式相比較,具有頻譜效率高、臨 道干擾小的特點;與非恒包絡調制方式如QPSK相比 較,采用CP4FSK調制方式的系統中的功率放大器可

    電聲技雄2010年第34卷第03期19
    CE ; ARM ; board support package ; CP4FSK modulation

    工作在c類狀態,減少了功耗。因此這種調制解調方 式非常適用于數字對講機系統。

    CP4FSK調制信號的產生原理如圖1所示。
    數據 數據映射 數據 低通  FM 信號
     (2-4映射)  濾波  調制 

    圖1 CP4FSK調制原理

    為了獲得窄帶輸出的信號頻譜和好的鄰道功率特 性,同時具有較好的抗干擾性能,預調濾波器使用平方 根升余弦濾波器進行低通濾波。其頻率響應為

    大小的SRAM中。這要求啟動引導程序的大小不能超 過4 000 Byte。因此,需要采用二級結構。第1級啟動 引導程序負責把第2級加載到內存之中,然后退出,把 系統控制權交給第2級•’第2級啟動引導程序負責實 現其余的各種功能,最終把系統鏡像文件加載到內存 之中,然后把系統控制權交給Nk.exe;Nk.exe負責加載 各種驅動和服務,最終完成系統的整個啟動過程。

    4.2.1第1級啟動引導程序

    第1級啟動引導程序涉及大量處理器指令操作, 由于與處理器關系密切,需要使用匯編語言和C語言 混合編寫。按照執行順序包括如下7個步驟:

    (1)屏蔽所有中斷。系統啟動過程中不需要也未 載入中斷服務程序,此時進入中斷狀態意味著異常。所 以在NBoot中全程關閉中斷。

    (2)設置CPU與系統總線的時鐘頻率與分頻比。

    (3)設置SDRAM的運行參數寄存器,包括刷新間 隔與方式、地址與片選的建立時間與保持時間、數據訪 問周期、訪問延遲、突發模式等。

    (4)分別進入CPU各運行模式,并初始化其堆棧, 載入中斷向量表。

    (5)初始化串口,主要用來輸出調試信息。

    (6)初始化 NAND FLASH。

    (7)通過循環將第2級啟動引導程序的二進制代 碼從FLASH中復制到RAM中的指定地址,并跳轉到 其入口地址,開始執行。

    4.2.2第2級啟動引導程序

    第2級啟動引導程序完成的主要工作有:內存管 理單元的初始化、串口初始化、硬件系統初始化、執行 存儲的或者下載的系統鏡像等功能。最終程序指針跳 轉到Nk.exe的StartUp處,進而啟動WinCE操作系統。 4.3 OEM適配層

    OEM適配層是系統內核非常重要的一部分,它直 接負責與硬件進行交互,是操作系統與硬件聯結的紐 帶。實際上,Nk.exe就是由OEM適配層和其他的一些 靜態庫編譯而來的。

    OEM適配層的主要模塊如下:

    (1) OEM適配層程序入口 StartUp,主要用于初始 化內存管理單元、初始化一級內存分頁表、完成物理地 址和虛擬內存地址的映射、跳轉到系統內核入口。

    (2)板級初始化模塊,主要用于初始化LCD、緩存 Cache初始化、調用中斷初始化函數。

    (3)各種中斷處理函數,包括中斷初始化、中斷使
    能、中斷禁止、中斷完成、中斷處理、計時器初始化。

    (4) I/O控制、CPU空閑控制等模塊。

    4.4外圍設備驅動程序 4.4.1驅動程序實現的基本方式

    在Windows Embedded CE中,設備驅動程序是一 個動態鏈接庫,它提供底層硬件與操作系統及運行在 目標設備上的應用程序之間的一個抽象層。驅動程序 公開一套已知名稱的函數并提供初始化硬件和與之通 信的規則。父進程可通過調用LoadLibrary或 LoadDriver函數來加載驅動程序。

    4.4.2驅動程序的動態加載

    在開發驅動程序時,有一個很頭疼的問題是驅動 程序調試流程非常繁瑣。一般要有如下4個步驟:

    (1)修改驅動程序并編譯生成DLL文件;

    (2)把DLL文件打包加入操作系統鏡像文件中去;

    (3)把鏡像下載到目標設備;

    (4)啟動系統,加載驅動程序,進行測試。

    根據集成開發環境、開發工作站性能、系統組成、

    目標設備配置等因素的不同,以上各步驟可能都要花 費數分鐘時間,加在一起的話,時間就不短了。如果程 序開發遇到阻礙,需要反復調試時,這種時間上面的損 耗是非常驚人的。

    采用流驅動的動態加載方式進行調試,則可以節 省大量的時間。

    實現動態加載,需要使用函數ActiveDevice()或者 ActiveDeviceEx()。它的作用是令設備驅動可用。在使 用該函數時,只要給出注冊表中的路徑字符串。所以,

    要想很方便地動態加載任意一個驅動,把驅動的相關 注冊表信息放到HKEY_LOCAL_MACHINE下,主要內 容包括前綴、動態鏈接庫、目錄、順序等信息即可。

    5調制解調系統控制程序

    在嵌入式處理器和調制解調模塊之間的通信,通 過雙串行接口來實現:數據傳輸由SPI接口實現;控制 指令傳輸由GPIO來實現;外部中斷由專門的SWD引 腳來實現。

    S3C2440處理器中對于SPI接口和GPIO以及外

    部中斷引腳的控制和訪問都是通過設置S3C2440內部 寄存器來實現的。

    5.1 S3C2440處理器內部寄存器的設置

    S3C2440中0x40000000以下的物理地址空間,被 分配給ROM,RAM,SRAM,SDRAM這些存儲器了 c

    0x48000000以上的空間,則被分配給內部寄存器。因

    雄聲技2010年第34卷第03期21
    根據測試結果可以看出本系統性能良好,達到了 預期要求。

    5結語

    筆者采用計算機通用聲卡實現的虛擬音頻分析儀 的設計,系統性能好、成本低、界面簡潔明了、功能靈 活,便于功能擴展與升級,需要增加功能只需添加相應 函數即可。利用MIC IN接口配備標準傳聲器還可以 對標準聲源的一些性能進行測量。

    參考文獻

    [1]王磊,陶梅.精通LabVIEW 8.X[M].北京:電子工業出版 社,2008.

    [2]肖淵,馬麗萍.基于聲卡的虛擬示波器設計與實現[J].陜 西科技大學學報,2009(4):92-95

    [3]曲喜強,劉哲.基于聲卡的音頻信號采集與分析系統設 計[J].電子測試,2009(2) :75-77.

    [4]張桐,陳國順,王正林.精通LabVIEW程序設計[M].北 京:電子工業出版社,2008.

    [5]劉國福,張屺,淳靜,等.DSP與ISA總線聲卡的接口技 術研究[J].測控技術,2002(3):61-63.

    作者簡介

    劉雷,碩士,助理工程師,主要從事音視頻儀器的計量檢定 工作;

    毛杰,本科,助理工程師,主要從事技術保障工作。

    [責任編輯]史麗麗 [收稿日期]2010-01-13
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    圖8 正弦波和方波在波形圖里的顯示界面
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    圖9 正弦波在頻譜圖里的顯示界面

     


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