【文章內(nèi)容簡介】 .....................................................................26一、前言對講機對大家來說一點也不陌生。現(xiàn)在小區(qū)和寫字樓很多場所的保安人員都佩戴有對講機。它給我們的日常生活帶來了便利。對講機的英文名稱是 two way radio，它是一種雙向移動通信工具,在不需要任何網(wǎng)絡(luò)支持的情況下,就可以通話,沒有話費產(chǎn)生，適用于相對固定且頻繁通過話的場合。對講機已經(jīng)有很長的一段歷史了，大部分的對講機是基于模擬電路的集成芯片技術(shù)。功能比較單一，價格也不菲。今天我們設(shè)計的對講機是應(yīng)用了現(xiàn)在主流處理器arm的技術(shù)。首先，我們在arm開發(fā)板燒入了linux系統(tǒng)，在開發(fā)的時候無論是系統(tǒng)還是代碼，都增加了可移植性。另外便于擴展我們目前沒考慮后期需要的模塊。比如，pc對各個對講機的數(shù)據(jù)監(jiān)控，lcd顯示等等。Arm的開發(fā)靈活的特點讓這些都變成了可能。另外，從經(jīng)濟方面來看，現(xiàn)在arm芯片的價格相對來說也不高，在市場方面帶來價格上的優(yōu)勢。二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(一)功能描述在6410開發(fā)板上寫入linux系統(tǒng)后，對dev/dsp聲卡進行編寫程序。程序分為錄音，放音，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)葞撞糠?。首先，第一塊arm（以后稱為arm1）在按鍵按下的情況下，麥克風(fēng)工作，此時對聲卡進行讀寫，并將數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)路傳給另一塊arm（以后成為arm2，設(shè)計過程中用pc代替）。此時如果arm2的按鍵沒有按下的情況下將網(wǎng)絡(luò)傳過來的數(shù)據(jù)寫入聲卡，此時喇叭發(fā)出聲音。相對的過程同上依次重復(fù)下去4(二)系統(tǒng)基本功能圖三、相關(guān)技術(shù)綜述(一)Linux操作系統(tǒng)Linux它起源于Unix。是一種可自由發(fā)布的、多用戶、多任務(wù)的優(yōu)秀操作系統(tǒng)。UNIX穩(wěn)定性高、可擴展性強，在金融、電信、能源等一些關(guān)鍵性部門得到廣泛的應(yīng)用。1991年，芬蘭赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生Linus Torvalds，受Minix系統(tǒng)的啟發(fā)，推出一個新的UNIX的變種。，聲稱其開發(fā)了一個免費的操作系統(tǒng)，并歡迎其他的開發(fā)者研究他的工作、提出修改意見。在芬蘭最大的FTP站點上，Linus建立了一個名為Linux的目錄存放他的源文件，意思是“Linus的Minix”，于是，Linux就這樣被命名了。許多程序員獲得了Linux的源代碼。隨著他們不斷將原商用UNIX的特性和產(chǎn)品加入到Linux中來，Linux不斷發(fā)展壯大，到現(xiàn)在為止，已成為具有全部UNIX特征的操作系統(tǒng)。：（1）兼容UNIX：Linux是UNIX的完整的實現(xiàn)，它混合了BSD UNIX和System V這兩個UNIX版本的最優(yōu)良的特性。UNIX中的絕大多數(shù)命令都可以在Linux中找到、并有所加強；其可靠性、穩(wěn)定性、以及強大的網(wǎng)絡(luò)功能也得到體現(xiàn)。（2）價格低廉：是一種免費的、公開源碼的自由軟件。它是根據(jù)GNU通用公共許可證（GNU General Public License，GPL）發(fā)布的。根據(jù)GPL，用戶可以改變?nèi)魏卧创a，甚至可以銷售Linux。但有一個前提，如果以盈利為目的，則必須提供系統(tǒng)的源代碼，以便其他人也能進一步的修改并銷售。Linux是由志愿者免費開發(fā)和維護的，甚至Linux下的許多應(yīng)用軟件都是根據(jù)GPL發(fā)布的、免費的自由軟件。用戶只需花費下載費用，完全可以搭建一套全免費的、與商用系統(tǒng)性能相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)。（3）強大的網(wǎng)絡(luò)功能： Linux的開發(fā)是通過Internet進行的，支持網(wǎng)絡(luò)的功能在開發(fā)的早期就已經(jīng)加入了。6（4）可靠性好：比Windows更可靠。Linux對應(yīng)用程序使用的內(nèi)存進行了保護，應(yīng)用程序無法訪問系統(tǒng)分配的區(qū)域以外的其他內(nèi)存，因此，一個軟件的錯誤操作不會造成整個系統(tǒng)的癱瘓（在Windows系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的）。在安全方面，由于源碼被公開，可消除系統(tǒng)中是否有“后門”的疑惑。而且，由于一旦發(fā)現(xiàn)漏洞就可以馬上修改源代碼，所以安全性要遠高于Windows系統(tǒng)。（5）可移植性好：Linux幾乎可以運行在任何的計算機系統(tǒng)之上。(二)聲卡驅(qū)動聲卡驅(qū)動程序提供的/dev/dsp 是用于數(shù)字采樣（sampling）和數(shù)字錄音（recording）的設(shè)備文件，它對于Linux下的音頻編程來講非常重要：向該設(shè)備寫數(shù)據(jù)即意味著激活聲卡上的D/A轉(zhuǎn)換器進行放音，而向該設(shè)備讀數(shù)據(jù)則意味 著激活聲卡上的A/D 轉(zhuǎn)換器進行錄音。目前許多聲卡都提供有多個數(shù)字采樣設(shè)備，它們在Linux下可以通過/dev/dsp1 等設(shè)備文件進行訪問。DSP是數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor）的簡稱，它是用來進行數(shù)字信號處理的特殊芯片，聲卡使用它來實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。聲卡中的DSP設(shè)備實際上包含兩個組成部分：在以只讀方式打開時，能夠使用A/D 轉(zhuǎn)換器進行聲音的輸入；而在以只寫方式打開時，則能夠使用D/A轉(zhuǎn)換器進行聲音的輸出。嚴(yán)格說來，Linux下的應(yīng)用程序要么以只讀方式打開/dev/dsp 輸入聲音，要么以只寫方式打開/dev/dsp 輸出聲音，但事實上某些聲卡驅(qū)動程序仍允許以讀寫的方式打開/dev/dsp，以便同時進行聲音的輸入和輸出，這對于某些應(yīng)用場合（如IP 電話）來講是非常關(guān)鍵的。在從DSP設(shè)備讀取數(shù)據(jù)時，從聲卡輸入的模擬信號經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字采樣后的樣本（sample），保存在聲卡驅(qū)動程序的內(nèi)核緩沖區(qū)中，當(dāng)應(yīng)用程序通過read 系統(tǒng)調(diào)用從聲卡讀取數(shù)據(jù)時，保存在內(nèi)核緩沖區(qū)中的數(shù)字采樣結(jié)果將 被復(fù)制到應(yīng)用程序所指定的用戶緩沖區(qū)中。需要指出的是，聲卡采樣頻率是由內(nèi)核中的驅(qū)動程序所決定的，而不取決于應(yīng)用程序從聲卡讀取數(shù)據(jù)的速度。如果應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)的速度過慢，以致低于聲卡的采樣頻率，那么多余的數(shù)據(jù)將會被丟棄；如果讀取數(shù)據(jù)的速度過快，以致高于聲卡的采樣頻率，那么聲卡驅(qū)動程序?qū)枞切┱埱髷?shù)據(jù)的應(yīng)用程序，直到新的數(shù)據(jù)到來為止。在向DSP設(shè)備寫入數(shù)據(jù)時，數(shù)字信號會經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號，然后產(chǎn)生出聲音。應(yīng)用程序?qū)懭霐?shù)據(jù)的速度同樣應(yīng)該與聲卡的采樣頻率相匹配，否則過慢的話會產(chǎn)生聲音暫?；蛘咄ｎD的現(xiàn)象，過快的話又會被內(nèi)核中的聲卡驅(qū)動程序阻塞，直到硬件有能力處理新的數(shù)據(jù)為止。與其它設(shè)備有所不同，聲卡通常不會支持非阻塞（nonblocking）的I/O 操作。無論是從聲卡讀取數(shù)據(jù)，或是向聲卡寫入數(shù)據(jù)，事實上都具有特定的格式（format），默認為8 位無符號數(shù)據(jù)、單聲道、8KHz采樣率，如果默認值無法達到要求，可以通過ioctl 系統(tǒng)調(diào)用來改變它們。通常說來，在應(yīng)用程序中打 開設(shè)備文件/dev/dsp 之后，接下去就應(yīng)該為其設(shè)置恰當(dāng)?shù)母袷剑缓蟛拍軓穆暱ㄗx取或者寫入數(shù)據(jù)。(三)UDP協(xié)議UDP協(xié)議的全稱是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包。在OSI模型中，在第四層——傳輸層，處于IP協(xié)議的上一層。UDP有不提供數(shù)據(jù)報分組、組裝和不能對數(shù)據(jù)包的排序的缺點，也就是說，當(dāng)報文發(fā)送之后，是無法得知其是否安全完整到達的。UDP用來支持那些需要在計算機之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。包括網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用UDP協(xié)議。UDP協(xié) 8 議從問世至今已經(jīng)被使用了很多年，雖然其最初的光彩已經(jīng)被一些類似協(xié)議所掩蓋，但是即使是在今天，UDP仍然不失為一項非常實用和可行的網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議。與所熟知的TCP（傳輸控制協(xié)議）協(xié)議一樣，UDP協(xié)議直接位于IP（網(wǎng)際協(xié)議）協(xié)議的頂層。根據(jù)OSI（開放系統(tǒng)互連）參考模型，UDP和TCP都屬于傳輸層協(xié)議。UDP協(xié)議的主要作用是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓縮成數(shù)據(jù)報的形式。一個典型的數(shù)據(jù)報就是一個二進制數(shù)據(jù)的傳輸單位。每一個數(shù)據(jù)報的前8個字節(jié)用來包含報頭信息，剩余字節(jié)則用來包含具體的傳輸數(shù)據(jù)。(四)Socket套接字套接字（socket）是套接口描述字的簡稱。和文件句柄相似，SOCKET提供了一種通訊機制，是linux的一種通訊方式。應(yīng)用程序創(chuàng)建了一個套接字后，就能夠獲得這種機制提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。對于服務(wù)器來說，它提供了監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)的連接請求；對于客戶機來說，它可以連接到一個給定的主計算機和特定的端口上?？蛻舳撕头?wù)器端可以通過套接字對象來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。套接字提供了分別基于連接的協(xié)議（TCP）等和無連接的協(xié)議（UDP）等，以滿足網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性、穩(wěn)定性以及高速性的要求。四、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(一)SamSung公司s3c6410微處理器簡介隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，ARM處理器經(jīng)歷了包括ARMARM9在內(nèi)的多個發(fā)展歷程，而ARM11的成熟應(yīng)用必將為嵌入式的發(fā)展帶來新的活力，使更高端的產(chǎn)品應(yīng)用成為可能。與ARM9的5級流水線相比，ARM11擁有一條具有獨立的loadstore和算術(shù) 流水的8級流水線，在同樣工藝下，ARM11處理器的性能與ARM9相比大約提高 了40%。ARM11執(zhí)行ARMv6架構(gòu)的指令，ARMv6指令包含了針對媒體處理的單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）擴展，采用特殊的設(shè)計，以改善視頻處理性能。為了能夠進行快速浮點運算，ARM11增加了向量浮點單元。所有這些結(jié)構(gòu)上的提高，都是ARM9處理器不可比擬的。ARM11為便攜式和無線應(yīng)用，提供了從未有過的高超性能，并且使我們主要關(guān)心的成本和功耗減到最小。ARM11的微架構(gòu)保證了系統(tǒng)性能可以從基本的350500MHz范圍擴展到最終的1GHz以上。其微架構(gòu)的高效率表現(xiàn)，允許開發(fā)者根據(jù)不同的應(yīng)用來調(diào)節(jié)時鐘頻率和電源電壓，從而在性能和功耗之間達到最佳的折衷。例如，。ARM11微處理器是一種高性能、低功耗的‘準(zhǔn)64位’微處理器！對于目前大多數(shù)嵌入式應(yīng)用，一個真正的64位處理器仍然被認為是不必要的，其巨大的功耗和面積讓人難以接受。對此，ARM11選擇了一個折中的方案，以較小的代價，部分實現(xiàn)了一個64位微架構(gòu)。ARM11只在處理器整數(shù)單位和高速緩存之間，以及在整數(shù)單位和協(xié)處理器之間實現(xiàn)了64位數(shù)據(jù)總線。這些64位數(shù)據(jù)道路允許處理器在一個時鐘周期中同時獲取兩條指令，還允許在一個時鐘周期執(zhí)行多個數(shù)據(jù)讀寫指令。這使得ARM11在執(zhí)行很多特定序列的代碼時能夠達到非常高的性能，特別是那些允許數(shù)據(jù)搬移與數(shù)據(jù)處理并行處理的代碼序列。S3C6410是由三星公司推出的一款低功耗、高性價比的RSIC處理器，它基于ARM11內(nèi)核（ARM1176JZFS)，可廣泛應(yīng)用于移動電話和通用處理等領(lǐng)域；，內(nèi)置強大的硬件加速器：包括運動視頻處理、音頻處理、2D加速、顯示處理和縮放等；集成了一個MFC(MultiFormat video Codec)支持MPEG4 /，能夠提供實時的視頻會議以及NRSC和PAL制式的TV輸出；除此之外，該處理器內(nèi)置一個采用最先進技術(shù)的3D加速器，支持OpenGL ES ，能實現(xiàn)4M triangles/s的3D加速；同時，S3C6410包含了優(yōu)化的外部存儲器接口，該接口能滿足在高端通信服務(wù)中的數(shù)據(jù)帶寬要求。由于以上突出的性能表現(xiàn)，10 著名的蘋果公司手機IPHONE就是基于S3C6410處理器。(二)SamSung公司s3c6410微處理器功能特性S3C6410 是一個 16/32 位 RISC 微處理器，旨在提供一個具有成本效益、功耗低，性能高的應(yīng)用處理器解決方案，像移動電話和一般的應(yīng)用。它為 和 3G 通信服務(wù)提供優(yōu)化的 H /W 性能，S3C6410 采用了64/32 位內(nèi)部總線架構(gòu)。該 64/32 位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)由 AXI、AHB 和 APB 總線組成。它還包括許多強大的硬件加速器，像視頻處理，音頻處理，二維圖形，顯示操作和縮放。一個集成的多格式編解碼器（MFC）支持 MPEG4/、譯碼以及 VC1 的解碼。這個 H/W 編碼器/解碼器支持實時視頻會議和 NTSC、PAL 模式的 TV 輸出。S3C6410 有一個優(yōu)化的接口連線到外部存儲器。存儲器系統(tǒng)具有雙重外部存儲器端口、DRAM 和 FLASH /ROM/ DRAM 端口。DRAM 的端口可以配置為支持移動 DDR，DDR，移動 SDRAM 和 SDRAM。FLASH/ROM/DRAM端口支持 NORFLASH，NANDFLASH，ONENAND，CF，ROM 類型外部存儲器和移動 DDR，DDR，移動 SDRAM 和SDRAM。為減少系統(tǒng)總成本和提高整體功能，S3C6410 包括許多硬件外設(shè)，如一個相機接口，TFT 24 位真彩色液晶顯示控制器，系統(tǒng)管理器（電源管理等），4 通道 UART，32 通道 DMA，4 通道定時器，通用的 I/O 端口，IIS 總線接口，IIC 總線接口，USB 主設(shè)備，在高速（480 MB/S）時 USB OTG 操作，SD 主設(shè)備和高速多媒體卡接口、用于產(chǎn)生時鐘的 PLL。S3C6410 提供了豐富的內(nèi)部設(shè)備，下面我們從它的整體特性、多媒體加速特性、視頻接口、USB 特征、存儲器設(shè)備、系統(tǒng)外設(shè)以及它的系統(tǒng)管理等方面來詳細的介紹 S3C6410 處理器的特性(三)系統(tǒng)設(shè)計器件l Samsung S3C6410處理器l 256M字節(jié)NAND Flash（SLC）l 12MHz、48MHz、27MHz；l 1個100M網(wǎng)口，采用DM9000AE，帶連接和傳輸指示燈l 。其中包括1個音頻輸出插座，可與耳機連接；1個話筒輸入插座。另有插針形式提供了Line In(四)電源及復(fù)位電路系統(tǒng)復(fù)位按鍵使用輕觸開關(guān)，復(fù)位芯片選擇MAX811t，專業(yè)復(fù)位芯片可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。復(fù)位芯片MAX811設(shè)計原理圖如下：(五)系統(tǒng)時鐘電路 主晶振（12MHZ）原理圖：網(wǎng)卡晶振原理圖：(六)系統(tǒng)存儲器電路使用了256M Bytes NAND FLASH，型號為K9F2G08U0B（另有MLC結(jié)構(gòu)2G Bytes NAND FLASH的K9GAG08U0D供用戶選擇），片選信號使用CSn2。NAND FLASH 存儲器主要用于存放內(nèi)核代碼、應(yīng)用程序、文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)資料。NAND FLASH設(shè)計原理圖：