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<br /> 0 引言<br /><br /> 随着微电子技术和超大规模集成电路的发展，嵌入式微处理器技术已日趋成熟。嵌入式技术不但在<br /><br />工控系统、智能仪表、检测系统、测控单元等工业应用中有杰出表现，而且越来越深入地应用于各种消<br /><br />费类电子产品中。<br /><br /> 智能导游讲解系统主要分为两个模块：第一个模块是定位端，第二个模块是手持导游仪。定位端安<br /><br />装在各景区和各景点，可以发射所处景点的代码。手持导游仪则可接收定位端发射的代码，然后通过解<br /><br />码获得景点的位置信息。以便根据景点位置信息为游客显示、播放该景点位置的导游影音文件。<br /><br /> 本文主要介绍一种基于ARM9处理器的新型智能导游仪的设计方案。这种导游仪是基于ARM处理器强大<br /><br />的处理能力和丰富的外设设计来实现的。游客可以通过触摸屏操作来获得自己所需的信息，而且也可利<br /><br />用设备端与PC机的USB接口来完成导游影音文件的随时更新，其附加的多媒体播放功能还可以开拓ARM处<br /><br />理器在多媒体数码系统中的应用功能。<br /><br /> 1 系统整体硬件设计<br /><br /> 该导游仪主要由ARM处理器、音频处理模块、触摸显示模块、FLASH存储模块等组成。<br /><br /> 本设计中的核心处理器和操作系统分别选定三星公司基于ARM9内核的S3C2410X01处理器和目前比较<br /><br />流行的嵌入式操作系统Linux操作系统。S3C2410X01处理器是一种基于ARM920T内核的16／32-bit RISC <br /><br />CPU，拥有独立的16KB指令和16KB数据CACHE、MMU虚拟内存管理单元、NAND Flash boot loader、系统管<br /><br />理单元(SDRAM处理器等)、3通道UART、4通道DMA、4通道具备PWM功能的定时器、IO口、RTC(实时时钟)、<br /><br />8通道10 bit精度ADC和触摸屏处理器、IIC总线接口、IIS数字音频总线接口、USB HOST、USBDEVICE、SD<br /><br />／MMC卡处理器、集成LCD处理器(支持STN和TFT)、2通道SPI和PLL数字锁相环等。该处理器集成度高、功<br /><br />能强大，适用于便携设备和其它工控设备，如指纹识别器、车载系统等。<br /><br /> 本导游仪中的接收模块主要用于接收IDCode。出于小体积、低功耗、有效范围可控、便于跳频的角<br /><br />度考虑，本设计选用Nordic公司的nRF401单片UHF无线收发芯片，并让其工作在433 MHz ISM <br /><br />(Industrial，Scientific and Medical)频段。由于采用了FSK调制解调技术，因而其抗干扰能力很强。<br /><br />而采用PLL频率合成技术，可使其频率稳定性更好，该系统的发射功率最大可达10dBm，接收灵敏度最大<br /><br />为-105 dBm，数据传输速率可达20 kbps，工作电压在+3～5 V之间，同时nRF401无线收发芯片所需的外<br /><br />围元件也较少。nRF401芯片内包含有发射功率放大器(PA)、低噪声接收放大器(LNA)、晶体振荡器(OSC)<br /><br />、锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、混频器(MIXFR)、解调器(DEM)等电路。在接收模式中，nRF401被配<br /><br />置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制数字信号被低噪声放大器放大后，再经混频器变换成中频<br /><br />，放大、滤波后进入解调器，解调后将其变换成数字信号输出(DOUT端)。而在发射模式中，数字信号则<br /><br />经DIN端输入，然后经锁相环和压控振荡器处理后进入发射功率放大器的射频输出。由于采用了晶体振荡<br /><br />和PLL合成技术，故其频率稳定性极好；而采用FSK调制和解调技术则可使抗干扰能力更强。<br /><br /> 本系统中的USB通信子系统的设计目标是通过USB接口。并利用USB协议来实现与PC机及USB设备的数<br /><br />据交换和数据传输。即设备端通过USB接口载入导游影音文件并将其保存在Flash存储单元中，再由ARM处<br /><br />理器完成影音数据向音频处理模块和LCD显示模块的传送。音频处理模块和LCD显示模块可以实时处理并<br /><br />播放影音数据，从而完成对各旅游景点的综合描述。<br /><br /> 2 系统软件设计<br /><br /> 导游仪的软件要负责处理nRF401的接收数据，同时要调用和处理相应的导游文字、图片、语音信息<br /><br />，还要及时响应用户的触摸操作，并管理图形用户界面(GUI)、用户时钟和存储景点信息，此外，还要与<br /><br />各外围器件进行通信和接口。若采用传统MCU的前后台系统编写程序，其复杂性可想而知。因此，采用体<br /><br />积小、速度快、具有较好裁减性、扩展性和可移植性的实时嵌入式操作系统(RTOS)则成为必然选择。考<br /><br />虑到Linux操作系统可以完全开放源代码。且硬件兼容性较好，可以移植到不同处理器上，本系统选用<br /><br />Linux操作系统并通过ARM处理器来完成设计。<br /><br /> 嵌入式系统软件设计主要包括操作系统、驱动程序和应用程序。本系统对基于2.6.9版本的Linux内<br /><br />核进行了定制裁减，其驱动程序主要是触摸屏的驱动，应用程序则用于多媒体播放。这些软件应根据嵌<br /><br />入式开发流程来建立开发环境。<br /><br /> 2.1 系统工作流程<br /><br /> 系统开始工作时，其程序流程如图2所示。系统首先通过供电单元提供的电源给系统上电，并启动加<br /><br />载Boot loader，然后开始加载Linux的系统内核，接下来进行外设模块的初始化。当存储单元准备就绪<br /><br />后，系统将先后初始化显示单元(触摸屏／TFT／LCD)和GPIO(通用输入输出口)。如果外设未初始化成功<br /><br />，则将重新进行初始化，成功后再运行应用程序。运行结束后再关闭主程序，系统程序执行结束。<br /><br /><br /><br /> 2.2 触摸屏驱动程序<br /><br /> 触摸屏是用于嵌入式系统中最基本的用户交互设备之一。触摸屏的主要功能是随时报告用户的触摸<br /><br />操作并标识触摸位置的坐标。这通常在每次发生触摸操作时可通过生成一个中断来实现。然后，该触摸<br /><br />屏的设备驱动程序开始查询触摸屏处理器，并请求处理器发送触摸坐标。一旦驱动程序接收到坐标，它<br /><br />就将有关触摸和所有可用数据信号发送给用户应用程序，同时将数据也发送给应用程序，然后由用户应<br /><br />用程序根据它的需要处理数据。<br /><br /> ADS7846电阻触摸屏数字转换器可以专门用于对电池供电的设备进行优化，非常适用于触摸屏设备(<br /><br />如PDA、手持设备、监视器、POS终端和传呼机等)。此触摸屏驱动芯片是一款12位A／D转换芯片，适合于<br /><br />4线制触摸屏中使用，可通过标准的SPI协议和CPU进行通信，而且操作简单、可靠性高。由于S3C2410X01<br /><br />芯片集成有同步串行外部SPI接口．故可将ADS7846与ARM芯片S3C2410X01相连。<br /><br /> 此触摸屏驱动程序的设计主要是进行初始化、数据采集与处理及中断处理函数的编写。而触摸屏驱<br /><br />动程序的核心是中断处理程序，因为在中断服务程序结束之前，来自同一个设备的后续中断都将丢失，<br /><br />所以，中断服务程序应该尽快执行完，否则就有可能丢失来自设备的另一个中断。由于整个触摸屏的驱<br /><br />动程序处理比较复杂，而且耗时较长(大约几十毫秒)，因此，触摸屏驱动程序不可能在中断服务程序中<br /><br />完成。在Linux操作系统中，中断处理程序可以分为上半部(tophalf)和下半部(bottom half)。上半部是<br /><br />一般的中断服务程序，它由硬件中断触发，应当尽可能短小，处理应尽可能地快；而下半部是单独的一<br /><br />段处理程序，一般将其放人立即队列中快速执行。但是在此系统中，按触摸屏时，从ADS7846输出的数值<br /><br />有一个抖动的过程，即从ADS7846输出的A／D转换值有一个不稳定时期，这个过程大约会持续10 ms。所<br /><br />以，中断处理程序的下半部处理没有采用立即队列，而是采用定时器，来使下半部在中断发生10 ms后再<br /><br />作处理，这样就可有效地避开ADS7846输出值的不稳定时期。事实上，使中断服务程序和中断处理任务串<br /><br />行化，可以很好的完成那些需要长时间处理的触摸操作。<br /><br /> 2.3 应用程序<br /><br /> 应用程序的开发主要是多媒体功能的实现。这实际是基于音频处理子系统、触摸显示子系统、RAM单<br /><br />元、Flash单元等硬件资源的特点编写的应用函数模块的集合。此集合的编写源于对各个硬件模块的深入<br /><br />了解，以及对硬件资源的充分利用和挖掘、对时序的严格控制，同时包括精确的软件流程，合理分配存<br /><br />储资源，协调ARM处理能力等，从而完成音频播放、静态图片显示、影像播放、音频录制等多媒体所对应<br /><br />的函数集合。各函数集合包括方便的应用程序接口。通过这些接口可为调用这些函数的主函数提供便利<br /><br />。<br /> 3 结束语<br /><br /> 本文介绍的基于ARM9处理器的智能导游仪由于采用性能完善、价位合理的硬件模块，因而具有人机<br /><br />界面良好，操作方便、功能强大等优点。作为一种新型消费类电子解决方案，这种智能化导游仪十分适<br /><br />用于各种展览会场和旅游场所，而且应用前景十分看好。<br />本**来自中国IT实验室<a href="http://embed.chinaitlab.com/" target=_blank>http://embed.chinaitlab.com/</a> |
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