摘要 針對目前國內的軍用車輛移動通信設備中，通信安全性較低，數(shù)據(jù)收發(fā)存在缺陷的問題。提出了一種新一代防沖突大型軍用車輛移動通信設備的設計與實現(xiàn)方法。以嵌入式為基礎，設計出抗干擾能力較強的系統(tǒng)硬件，通過合理編寫相關的驅動軟件，完成優(yōu)質高效的軟件設計。以確保軍用車輛通信系統(tǒng)正常工作。后期的計算機模擬測試顯示，設計的硬件與軟件可較好地兼容，完成優(yōu)質高效的通信工作，各個功能實現(xiàn)效果良好。為新一代的軍用車輛通信系統(tǒng)設計提供了參考思路。
關鍵詞 軍用車輛；移動通信設備；防沖突；嵌入式
移動互聯(lián)網(wǎng)設備(Mobile Internet Device，MID)是一種新的互聯(lián)網(wǎng)終端。隨著移動通信設備的發(fā)展，其今后將替代移動電話和筆記本電腦成為新的移動通信方式，該設備可以訪問無限網(wǎng)絡，完成基本的電腦功能，也可完成大規(guī)模的在線通信，流暢的使用辦公軟件，查看相關文檔，安排合理的工作計劃，同時還可欣賞音樂、電影和視頻會議等影音功能；并且能夠完成移動定位、在線攝影等功能記錄生活的點滴。隨著軍用通信技術的不斷發(fā)展，對新一代的軍車通信提出了更高的要求。作為在筆記本電腦和手機之間新的產(chǎn)品形態(tài)，移動互聯(lián)網(wǎng)設備其最大優(yōu)勢是不受地點和時間的限制，可完成移動通信。符合軍用車輛的通信要求。其屏幕尺寸較小，方便隨身攜帶，雖然個別小型的筆記本尺寸也越來越小，但仍無法達到隨身攜帶的目的，因此其應當擁有較大的軍用車輛市場前景；與一般的軍用通信器材相比，其屏幕較大、顯示和處理等功能較強、通信效果好，兼容性和通信的穩(wěn)定性更佳。最為重要的是其通信的安全性，因此，特別適合軍用車輛的使用。
1 移動通信設備的整體設計原理
為滿足軍用車輛移動通信設備安全高效的通信需求，整體設計采用較為流行的嵌入式設計技術。軍用車輛移動通信設備的系統(tǒng)結構功能的整體組成如圖1所示。
根據(jù)組成功能的不同，移動通信設備采用了模塊化設計的思路：
(1)其核心處理器選擇的是抗干擾能力較強的S3C2410：其通信效果好，協(xié)議安全性強，各種通信接口的功能強大。
(2)算法運算模塊采用Altera公司較為成熟的FPGA器件StratixII系列EP2S180-1020FBGA，完成通信協(xié)議算法的編程工作。
(3)存儲設備選擇的是RAM和Flash：由于設備需要存儲較大容量的信息，因此需要選擇擴展的DDRRAM，可保持臨時文件及相關的數(shù)據(jù)緩存，F(xiàn)lash采用NAND Flash，用于存放程序代碼和數(shù)據(jù)等。
(4)音頻信號輸入輸出：移動設備需要滿足視頻和音頻的功能，因此需要一個揚聲器，用于語音和視頻數(shù)據(jù)的有效輸出。
(5)串口：這是完成各種外界設備通信必備的接口。
(6)TD／GPRS／GSM模塊：該模塊可實現(xiàn)一般筆記本和手機見缺的功能，完成人員定位，是最為關鍵的模塊。
(7)以太網(wǎng)收發(fā)器：采用DM9000AE芯片，10／100 Mbit·s-1速率自適應，可完成有線網(wǎng)絡和無限網(wǎng)絡的通信功能。
(8)USB接口：通過USB擴展應用，可對外完成多種設備的擴展，包括3G等應用設備。
(9)電源管理：為保證電源的耐用性，采用鋰電池作為電源管理，并確保電源管理的高效性，能夠完成系統(tǒng)的信號供應和外部時鐘。
(10)WiFi模塊：完成無線通信的功能，通過無線通信網(wǎng)絡完成互聯(lián)網(wǎng)通信端口之一。
系統(tǒng)平臺的總體結構分為系統(tǒng)總體的設計、FPGA板、核心板3個部分。其中，設備采用USB接口、SD卡接口、音頻接口、網(wǎng)口、電源接口、LCD觸摸屏接口以及攝像頭接口，系統(tǒng)可根據(jù)此硬件結構，完成一系列的功能，同時可以通過硬、軟件的協(xié)調配合，完成功能的實現(xiàn)。
2 軍用車輛通信系統(tǒng)硬件設計
軍用車輛通信的核心芯片是Samsung公司的S3C2410，采用ARM1176JZF-S內核，數(shù)據(jù)存儲空間達到16 kB并擁有同樣大小的指令存儲空間，其工作電壓穩(wěn)定，適用于波動較大的環(huán)境，工作頻率達到553 MHz，在1．2 V的情況下，頻率可達667 MHz。運用AXI、AHB和APB形成的64／32 bit總線設計和接口設備相連。以FPGA的封裝方式進行封裝，引腳規(guī)范較好?？偩€也可采用外邊擴展的方式，對模塊進行調用，其核心的硬件RTC電路設計如圖2所示。
其中S3C24lO的VDDRTC可與其進行直連，保證工作效率。該模塊采用的電壓供電不超過4 V，完成了大部分的供電功能。另外，還設計了供電中出現(xiàn)掉電時的工作模式，由備用電池供電，此時S3C2410中唯有RTC模塊工作，其余模塊均處于停止狀態(tài)。
根據(jù)S3C2410的最高工作頻率及PLL電路的工作方式，系統(tǒng)晶振的選擇需要一定的竅門，可采用12 Hz的晶振，也可選擇頻率較高的無源晶振作為系統(tǒng)的時鐘信號提供方，系統(tǒng)選用25 Hz的晶振為相關的芯片設計時鐘電路。當然，也可通過CUP芯片內部集成的倍頻電路，根據(jù)系統(tǒng)的需求產(chǎn)生不同頻率的晶振信號。其中，系統(tǒng)設定了相關的放大電路和信號干擾去除電路。因此，外邊的信號頻率無需較高，也可滿足系統(tǒng)的相關需求，又可進一步降低系統(tǒng)在工作過程中的噪聲。圖3是這4種時鐘的示意圖，此處的電容用于濾除來自振蕩的高次諧波，電阻是進行阻抗匹配的。
S3C2410處理器支持多種啟動方式，不同設備的啟動，方式不同。其中IROM是一種高速啟動的方式，對NAND Flash、SD卡和ONENAND等設備進行相關的控制。這是順序的啟動方式，S3C2410處理器通過運行其本身固有的程序，計算EINT15、EINT14、EINT13這3個引腳狀態(tài)，根據(jù)所得引腳的不同狀態(tài)選擇啟動設備。S3C2410處理器的啟動由XSELNAND、OM[4：1]、EINT[15：13]這3種引腳狀態(tài)判斷，完成SROM、NOR、NAN D、ONENAND、SD以及IROM的初始化。當NAND作為啟動設備時，XSELNAND需要設定為高。
3 系統(tǒng)軟件設計
完善的硬件配置需要用有效的軟件作為平臺，為保證新一代軍車通信系統(tǒng)的高效性和安全性，配合其特有的存儲能力、功耗、硬件系統(tǒng)的體積大小和相關接口。系統(tǒng)的軟件設計終端是基于ARM Linux架構的。其軟件結構如圖4所示。
驅動程序設計包括：
(1)頁面驅動程序設計。良好的頁面處理程序化。Qt／Embedded的底層圖形引擎基于Framebuffer。其是一種驅動程序接口，通過設計操作性較強的界面程序，對相關設計進行驅動，設備是／dev／fb0、／dev／fb1等。設備對操作的用戶而言是相同的，封裝后區(qū)別較小，客戶相當于對一個內存進行操作，完成存儲功能，通過內存映射程序完成相關操作，對內存內部的各個地址單元進行有效的訪問，訪問過程是雙向的可以通過讀的方式訪問，也可以寫入數(shù)據(jù)，并隨即反應在屏幕上。
(2)數(shù)模轉換驅動設計。語音和視頻信號是模擬波形，因此在設計驅動程序過程，必須保證信號傳遞的穩(wěn)定性和可靠性。語音信號在傳遞時需要轉換成數(shù)字信號，對模擬信號中的相關位進行數(shù)字化轉換，轉換結果要有效保持。保持的區(qū)域需要預定大小，若太小將發(fā)生溢出。數(shù)模轉換工作需要專門的模塊完成。該轉換芯片也需要編寫相應的驅動程序，該程序并不復雜，只需安裝芯片的具體實現(xiàn)過程，完成編寫即可。對聲音的采集則需要固定的驅動程序完成轉換。因此視頻轉換和聲音轉換均需要驅動完成。
(3)數(shù)據(jù)采集驅動程序設計。該部分是完成數(shù)據(jù)采集功能的模塊，系統(tǒng)中的多數(shù)模塊均會調用此模塊，完成相關數(shù)據(jù)的采集。其中，聲音信號的采集驅動程序設計較為特殊，其涉及到模數(shù)轉換的過程，是將采集到的聲音信號轉換成數(shù)字信號的過程。轉換的結果仍要保存在內存中，由于語言信號結構復雜，因此在嵌入式Linux下，語音的采集和播放可通過OSS(Open Sound System)的API接口來控制聲卡實現(xiàn)模數(shù)與數(shù)模轉換。
OSS無需使用指定的操作程序，因此使用時更加便捷，只需利用接口將操作程序與應用系統(tǒng)相連接即可實現(xiàn)交互運算。系統(tǒng)利用文件進行信息傳遞的，無需在運行的過程中進行程序調用。利用mad／write進行數(shù)據(jù)傳輸，通過ioctl進行指令傳輸。OSS系統(tǒng)與操作系統(tǒng)之間的關系可通過圖5進行描述。
4 軍用車輛通信系統(tǒng)測試
在軍用車輛通信檢測系統(tǒng)中，任意選取N個功能進行系統(tǒng)測試。測試中需要啟動車載IP視頻電話，從而選取合理的網(wǎng)絡，利用該網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸。因此，需要對IP視頻電話分別進行聲音和圖像的測試。在進行聲音測試時，需要得到聲音的質量、帶寬和滯后時間等相關參數(shù)，從而判斷聲音傳遞的效果。隨后對視頻圖像進行測試，獲取圖像的質量、帶寬及傳遞滯后情況。
通過音頻和視頻的測試，可得到IP視頻電話的測試結果，從而判斷IP視頻電話功能是否符合要求。
4．1 測試結果
在數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡中，對上述過程中的數(shù)據(jù)進行整理分析，結果如表1所示。
根據(jù)上述步驟，對整個系統(tǒng)進行測試，得到結果如表2所示。
4．2 系統(tǒng)缺陷以及處理方式
軍用車輛通信系統(tǒng)中的IP視頻電話需要在軟、硬件同時符合系統(tǒng)要求時才能正常使用。在系統(tǒng)測試時，存在的問題可能是因軟、硬件或者應用程序等問題所導致的，其處理方式如下：
(1)用戶無法正常進行網(wǎng)絡連接，不能進行數(shù)據(jù)傳遞。處理方式：檢查用戶之間的硬件是否連接，假設已正常連接，則需要檢查IP地址配置是否錯誤。假設硬件連接和應用系統(tǒng)均無任何時候問題，則需要檢查軟件設計是否符合通信要求。
(2)視頻無法正常顯示。處理方式：假設視頻無法正常顯示，則需要檢查視頻功能的設置以及圖像采集設備是否正確連接，然后利用圖像采集設備測試程序本身配置是否存在問題，最終檢查網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳遞是否正常。
(3)音頻無法正常傳遞。處理方式：檢查音頻傳輸功能的設置是否存正常以及網(wǎng)絡連接、聲卡硬件和驅動是否正常。
cat／dev／dsp>xyz
cat xyz>／dev／dsp
用第一條命令能夠將傳遞信息保存在xyz文件中，從而實現(xiàn)錄音功能。使用第二條命令可播放音頻，從而進行音頻檢測。
(4)音頻傳輸與視頻傳輸無法同步進行。處理方式：檢測網(wǎng)絡連接是否正常，帶寬是否足夠使用，發(fā)送和接收的線程能否正確對音頻和視頻進行同步數(shù)據(jù)傳遞。
5 結束語
文中提出了一種新的防沖突大型移動通信設備的設計與實現(xiàn)方法。以嵌入式為基礎，設計出抗干擾能力較強的系統(tǒng)硬件，通過合理的編寫相關的驅動軟件，完成優(yōu)質高效的軟件設計，確保系統(tǒng)的高效工作。后期的實驗顯示，設計的硬件與軟件能夠較好的兼容，并能夠高效地完成通信工作，各功能實現(xiàn)效果良好。
下載文檔
