數(shù)字化車內(nèi)通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)一種集成化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和多功能的新一代車內(nèi)通信系統(tǒng)，綜合運(yùn)用ARM嵌入式控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字通信等技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種新型的數(shù)字化車內(nèi)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。該方案設(shè)計(jì)合理、接口豐富、擴(kuò)展性強(qiáng)，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化程度高，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)完備，為新一代車內(nèi)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制提供了參考。
關(guān)鍵詞：車內(nèi)通信；數(shù)字化；網(wǎng)絡(luò)化；方案

    近年來(lái)，隨著通信技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，車內(nèi)通信系統(tǒng)正朝著集成化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和多功能化方向發(fā)展。新一代車內(nèi)通信系統(tǒng)，要能夠?qū)崿F(xiàn)車內(nèi)、車下、車際的話音統(tǒng)一交換與處理，滿足車內(nèi)乘載員間話音指揮、數(shù)據(jù)共享的要求，滿足車際之間的話音直接指揮、話音撥號(hào)及數(shù)據(jù)指揮的要求。

1 車內(nèi)通信系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)
    車內(nèi)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是以先進(jìn)的工程設(shè)計(jì)思想為指導(dǎo)，采用目前最流行的嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字通信等先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)的一種新型的數(shù)字化車內(nèi)通信系統(tǒng)。

    車通系統(tǒng)內(nèi)所有車通設(shè)備的通信模塊采用全雙工交換式千兆以太網(wǎng)交換模塊，對(duì)外提供多個(gè)10／100自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。各車通設(shè)備之間采用交換端口級(jí)聯(lián)方式連接，通信速率為100 Mbps。車載計(jì)算機(jī)或便攜式計(jì)算機(jī)可連接在車通設(shè)備的任意一個(gè)以太網(wǎng)口(ETH)。話筒產(chǎn)生的模擬音頻信號(hào)通過(guò)采樣量化成數(shù)字信號(hào)后再通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸，話音信號(hào)數(shù)字化前進(jìn)行了動(dòng)態(tài)降噪放大。

2 車內(nèi)通信系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    車內(nèi)通信系統(tǒng)的所有設(shè)備統(tǒng)一采用ARM開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)以太網(wǎng)總線進(jìn)行互聯(lián)。ARM處理器主要完成對(duì)各種開(kāi)關(guān)、旋紐、顯示屏與指示燈的輸入輸出控制，語(yǔ)音的采集回放與交換傳輸處理以及網(wǎng)絡(luò)通信控制，系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

2．2 ARM主控板硬件設(shè)計(jì)
    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(chǔ)器接口，能滿足在高端通信服務(wù)中的數(shù)據(jù)帶寬要求。為了降低整個(gè)系統(tǒng)的成本和提升總體功能，處理器還包括很多硬件功能外設(shè)，如系統(tǒng)管理單元、4通道的UART、32通道的DMA、4通道定時(shí)器、通用I／O口、I2S總線、I2C總線、USB Host、高速USB OTC、SD Host、高速M(fèi)MC卡接口以及內(nèi)部的PLL時(shí)鐘發(fā)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(shí)現(xiàn)話音采集與播放控制。ARM處理器主控板通過(guò)SP3232芯片，將串口TTL電平轉(zhuǎn)化為RS232電平，以實(shí)現(xiàn)串口通信；通過(guò)FE1．1S芯片擴(kuò)展4個(gè)USB Host接口，支持U盤、鼠標(biāo)、鍵盤、藍(lán)牙等USB設(shè)備；通過(guò)以太網(wǎng)控制芯片DM9000AE實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與控制；通過(guò)I／O口與顯示屏、旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)和指示燈等設(shè)備直接相連。
2．3 音頻處理模塊設(shè)計(jì)
    音頻處理模塊采用WM9714芯片，該芯片是一款專為移動(dòng)終端和通信而設(shè)計(jì)的高度集成的輸入／輸出器件，采用了雙編解碼器運(yùn)行的架構(gòu)，通過(guò)AC連接接口支持高保真(Hi-Fi)立體聲編解碼器功能，同時(shí)還通過(guò)一個(gè)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(fēng)、立體聲耳機(jī)以及立體聲揚(yáng)聲器，從而降低了系統(tǒng)元器件總數(shù)。與耳機(jī)、揚(yáng)聲器以及聽(tīng)筒的無(wú)電容連接，可節(jié)省成本和印刷電路板面積。
    ARM處理器通過(guò)一個(gè)符合AC-97標(biāo)準(zhǔn)、單獨(dú)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(shí)鐘，或者由板上的鎖相環(huán)從一個(gè)13 MHz(或其它頻率)時(shí)鐘從內(nèi)部產(chǎn)生。WM9714L運(yùn)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(guò)軟件控制實(shí)現(xiàn)關(guān)斷來(lái)降低功耗。
2．4 網(wǎng)絡(luò)控制模塊設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制采用DAVICOM公司的DM9000AE芯片，該芯片集成了10／100M收發(fā)器、4K雙字SRAM，可支持8／16bit工作模式、交叉線自適應(yīng)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(jù)需要以單工或全雙工等模式運(yùn)行。網(wǎng)口接口采用HR911105A芯片，該芯片具有信號(hào)耦合、電氣隔離、阻抗匹配、抑制干擾等優(yōu)點(diǎn)。由于HR911105A自帶網(wǎng)絡(luò)變壓器，DM90 00AE接收信號(hào)線RX+、RX-和發(fā)送信號(hào)線TX+、TX-可直接連接到HR911105A的發(fā)和收腳上。網(wǎng)絡(luò)變壓器的主要作用是將嵌入式系統(tǒng)與外部線路相隔離，防止干擾和燒壞元器件，實(shí)現(xiàn)帶電的插拔功能。

3 車內(nèi)通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1 嵌入式操作系統(tǒng)選擇
    嵌入式操作系統(tǒng)采用WinCE(Microsoft Windows CE)系統(tǒng)作為ARM處理器的操作系統(tǒng)，主要原因有以下幾點(diǎn)。
    (1)Microsoft Win32應(yīng)用編程接口(API)的廣泛應(yīng)用；
    (2)WinCE是緊湊的、高效的和可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)；
    (3)WinCE系統(tǒng)功能強(qiáng)大，能完成大部分PC具有的功能，提供了友好的人機(jī)交互界面，可以使用鼠標(biāo)、鍵盤等工具；
    (4)可根據(jù)應(yīng)用需要裁剪內(nèi)核，減少系統(tǒng)開(kāi)銷，穩(wěn)定性好，啟動(dòng)時(shí)間短；
    (5)WinCE是一個(gè)嚴(yán)格實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
3．2 嵌入式程序設(shè)計(jì)
    ARM嵌入式程序采用面向?qū)ο蠛湍K化程序設(shè)計(jì)思想，按照功能將整個(gè)程序分為按鍵輸入模塊、面板顯示模塊、參數(shù)配置模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸控制模塊、話音采集與回放模塊和程序升級(jí)模塊，其組成如圖3所示。

    對(duì)應(yīng)以上6個(gè)模塊，整個(gè)嵌入式程序采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，將功能模塊分別用6個(gè)類來(lái)實(shí)現(xiàn)，其功能如表1所示。其中網(wǎng)絡(luò)傳輸控制模塊綜合運(yùn)用TCP／IP、RTP／RTCP／UDP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)話音數(shù)據(jù)和信令的傳輸。話音數(shù)據(jù)格式采用PCM編碼、單聲道、11 025 Hz采樣率、8 bit數(shù)據(jù)寬度。

4 結(jié)束語(yǔ)
    車內(nèi)通信系統(tǒng)近年來(lái)隨著數(shù)字通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展得到了迅速發(fā)展，已經(jīng)從模擬交換模式上發(fā)展到全數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化階段，新型的車內(nèi)通信系統(tǒng)由于采用了大量的現(xiàn)代電子技術(shù)，其集成化、網(wǎng)絡(luò)程度高，車內(nèi)設(shè)備以及車際間的互連互通方便、可靠。本文設(shè)計(jì)的車內(nèi)通信系統(tǒng)方案是以ARM嵌入式系統(tǒng)為核心，大量運(yùn)用了現(xiàn)代微電子設(shè)計(jì)技術(shù)，IP技術(shù)等，使得整個(gè)系統(tǒng)高度集成化、網(wǎng)絡(luò)化。因此，本文所設(shè)計(jì)的方案有一定的工程研制參考意義。