網(wǎng)絡(luò)收音機的設(shè)計

基于ARM的嵌入式網(wǎng)絡(luò)收音機的設(shè)計摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTA—C)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設(shè)計和仿真驗證仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為1?26MHz,阻帶抑制率大于35dB,帶內(nèi)波紋小于0.5dB，采用1.8V電源，TSMC0.18“mCMOS工藝庫仿真，功耗小于21mW,頻響曲線接近理想狀態(tài)。研究了一種基于ARM處理器的嵌入式網(wǎng)絡(luò)收音機的設(shè)計方案。該系統(tǒng)以ARM處理器及其外圍模塊為硬件平臺，以嵌入式Linux為操作系統(tǒng)，以Mplayer為網(wǎng)絡(luò)播放軟件，實現(xiàn)了嵌入式網(wǎng)絡(luò)收音機的全部功能。以嵌入式技術(shù)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收音機，是一個設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新。該設(shè)計有較高的科研價值和極好的市場應用前景。收音機作為接收廣播的工具，經(jīng)過漫長的發(fā)展過程，由單波段發(fā)展到多波段，由電子管，晶體管發(fā)展到集成電路，由機械調(diào)諧發(fā)展到數(shù)字調(diào)諧功能等，其技術(shù)和品質(zhì)都有了長足的進步。如今，在收音機這個家族中新的成員也在不斷加入，如衛(wèi)星廣播接收機等。當社會進入網(wǎng)絡(luò)時代后，更是出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)收音機這種跨越全球的信息接收設(shè)備。但是，目前這種網(wǎng)絡(luò)收音機大多是通過基于PC機上的軟件開發(fā)來實現(xiàn)的其功能的，也就是說這種網(wǎng)絡(luò)收音機不能脫離電腦這種相對比較大的和比較昂貴的設(shè)備。為了克服PC機形式的網(wǎng)絡(luò)收音機的缺點，本文研究了一種基于ARM的嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)收音機的設(shè)計方案。該方案以ARM處理器及其外圍模塊作為硬件平臺，以嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)，以Mplayer作為網(wǎng)絡(luò)播放軟件，再配合設(shè)計的用戶應用程序，共同實現(xiàn)了嵌入式網(wǎng)絡(luò)收音機的全部功能。這種設(shè)計方法在網(wǎng)絡(luò)收音機的設(shè)計史上是一個創(chuàng)新。同時，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，該設(shè)計將具有極好的市場應用前景。1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)以S3C2410及其外圍電路為硬件平臺，以嵌入式Linux和設(shè)備驅(qū)動程序作為系統(tǒng)的軟件平臺，為上層Mplayer播放器和用戶應用程序提供用戶接口支持［1。］在這三層結(jié)構(gòu)的支持下，共同來實現(xiàn)嵌入式網(wǎng)絡(luò)收音機的全部功能。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。本系統(tǒng)選用的ARM處理器是Sumsing（三星）公司的一款ARM9系列的芯片，型號為S3C2410。網(wǎng)卡芯片采用的是CirrusLogic公司的一顆網(wǎng)絡(luò)處理芯片CS8900。FLASH芯片采用的是K9F5608,用來存儲啟動引導程序U-boot、內(nèi)核及文件系統(tǒng)，SDRAM芯片采用的是HY57V281620,作為該系統(tǒng)的內(nèi)存。16*4的字符型液晶顯示模塊用來顯示網(wǎng)絡(luò)電臺、音頻文件名等相關(guān)信息。音頻D/A轉(zhuǎn)換芯片選用的是飛利浦公司的UDA1341芯片，該芯片具有IIS接口，可以方便的與S3C2410連接。圖2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)在Linux提供的TCP/IP協(xié)議的支持下，通過應用程序和Mplayer控制，經(jīng)過網(wǎng)卡連接到internet上指定的網(wǎng)絡(luò)電臺服務(wù)器，下載網(wǎng)絡(luò)電臺列表。系統(tǒng)支持在按鍵的控制下的網(wǎng)絡(luò)電臺選擇和LCD上顯示電臺信息等功能。Mplayer解析出選中的電臺的IP地址后，再連接到要收聽的電臺的網(wǎng)站，系統(tǒng)便可以接收并解析出該網(wǎng)站發(fā)出的流媒體數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將接收到的流媒體數(shù)據(jù)保存到SDRAM中。之后，經(jīng)過Mplayer的解碼，送到音頻D/A轉(zhuǎn)換芯片，即可收聽到該網(wǎng)絡(luò)電臺播放的聲音等信息。系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1S3C2410本系統(tǒng)的硬件核心平臺采用的是Samsung公司的處理器S3C2410。該處理器內(nèi)部集成了ARM公司ARM920T處理器核的32位微控制器,資源豐富,帶獨立的16KB的指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache、MMU虛擬內(nèi)存管理單、LCD控制器、RAM控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、并行I/O口、8路10位ADC、TouchScreen接口、I2C接口、I2S接口、2個USB

接口控制器、2路SPI,主頻最高可達203MHz[2]其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3S3C2410內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)的網(wǎng)卡芯片采用CirrusLogic公司的一種局域網(wǎng)處理芯片CS8900，該芯片內(nèi)部集成了RAM、10BASE-T收發(fā)濾波器，并且提供8位和16位兩種接口。其片選信號連接到S3C2410的nGCSl,因此網(wǎng)卡的地址空間映射到局域網(wǎng)處理0X08000000~0X0FFFFFFF。在Linux內(nèi)核中，一般都含有CS8900的驅(qū)動程序，使用時只需修改驅(qū)動與處理器的地址映射關(guān)系，并在配置內(nèi)核的DeviceDriver選項中，選中CS8900項。2.3SDRAM存儲器本設(shè)計的SDRAM采用的是HY57V281620芯片。該芯片是一個數(shù)據(jù)寬度16BIT,容量為16M字節(jié)的SDRAM。HY57V281620與S3C2410的連接圖如圖4所示。圖4HY57V281620電路圖HY57V281620的ncs引腳接到處理器的nGCS6。由于在處理器的存儲空間中字節(jié)是存儲容量的唯一單位。而HY57V281620的數(shù)據(jù)寬度為16位，它的每一個存儲單元都包含2個字節(jié)。因此HY57V281620的A0引腳接到了S3C2410處理器的地址線ADDR01上面。HY57V281620的容量為16MB，因此它需要ADDR00~ADDR23共24跟地址線來尋址，所以，BA0~BA1引腳應該接到ADDR22~ADDR23地址線上。系統(tǒng)的的軟件設(shè)計3.1嵌入式Linux的移植嵌入式Linux內(nèi)核的版本很多，一般情況下版本越高，系統(tǒng)越穩(wěn)定，驅(qū)動更完善，本系統(tǒng)選擇了2.6.18的Linux內(nèi)核。其實對于2.6以后版本的Linux內(nèi)核，對S3C2410的支持都有了很好的支持，所以移植過程都比較簡單Linux2.6.18移植到S3C2410的基本步驟如下首先下載Linux2.6.18內(nèi)核,并解壓到相應目錄。然后修改內(nèi)核頂層目錄下的Makefile文件中，指明交叉編譯器。Linux-2.6.18內(nèi)核目錄，輸入命令viMakefile,找到ARCH和CROSS_COMPILE兩項將其修改為ARCH=arm，CROSS_COMPILE=arm-linux-。然后設(shè)置PATH環(huán)境變量，使其可以找到交叉編譯工具。輸入suroot,進入root,在輸入vi/etc/bashrc，在結(jié)尾處加入以下行：exportPATH二/usr/local/arm/3.4.4/bin:$PATH,然后重啟終端或重新登陸即可。然后設(shè)置Flash分區(qū)。首先要在arch/arm/mach-s3c2410/devs.c文件中添加分區(qū)信息，其次在arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c文件的smdk2410_devices[]的成員中添加&s3c_device_nand。這樣Linux內(nèi)核啟動時，就會對Flash分區(qū)的設(shè)置初始化。然后禁止FlashECC校驗。修改drivers/mtd/nand/s3c2410.c文件，找到s3c2410_nand_init_chip()函數(shù)，在該函數(shù)體最后加上一條語句：chip->eccmode=NAND_ECC_NONE。然后配置內(nèi)核。通過makemenuconfig命令配置內(nèi)核。然后編譯內(nèi)核，makezlmage命令，得到Linux內(nèi)核的映像文件zlmage。然后制作根文件系統(tǒng)。3.2Mplayer移植Mplayer是Linux下的一個多媒體網(wǎng)絡(luò)播放器。它的主要功能是對接收到的各種格式的流媒體數(shù)據(jù)進行解碼，同時也完成對接收的網(wǎng)絡(luò)電臺的IP地址進行解析的任務(wù)oMplayer支持mp3、ogg和wma等多種格式的流媒體數(shù)據(jù)進行解碼，是一個功能十分強大的開源應用軟件。Mplayer的移植步驟如下：下載源代碼MPlayer-current.tar.bz2，并解壓。為了讓mplayer支持在線播放，從而能夠播放網(wǎng)絡(luò)電臺，還必須下載安裝網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包(主要指RTSP、MMS等協(xié)議)?？蓮纳舷螺dlive555協(xié)議包，解壓后配置并編譯。配置mplayer的命令格式如下：./configure --cc=arm-linux-gcc --target=arm-armv4-linux--enable-static--disable-win32--host-cc=gcc--disable-dvdread--enable-fbdev--disable-mencoder--disable-mp3lib--enable-mad--enable-libavcodec--enable-live--with-livedir=/live555的目錄/--2>&1|teelogfile。其中，--host-cc=gcc是用來編譯一些需要在host上執(zhí)行的中間文件的，如codec-cfg。--cc=arm-linux-gcc是用來指定交叉編譯工具。關(guān)于--target=arm-armv4l-linux這個參數(shù)要注意的是它被分為三部分，第一部分的arm是指arch，這里設(shè)定為arm；第二部分的armv4l是指具體的版本；第三部分是系統(tǒng)平臺。--enable-static是設(shè)定靜態(tài)連接。--2>&1|teelogfile意思是將執(zhí)行的情況在輸出到屏幕的同時記錄到logfile文件中，在控制臺下編譯比較有用。輸入make命令開始編譯，編譯完成后在頂層目錄生成mplayer可執(zhí)行文件。3.3軟件主流程圖系統(tǒng)主流程圖如圖5所示。系統(tǒng)上電后，bootloader(U-boot)啟動，完成硬件設(shè)備的初始化，并引導系統(tǒng)內(nèi)核啟動。系統(tǒng)啟動執(zhí)行初始化任務(wù)后，首先配置網(wǎng)絡(luò)連接，通過運行DHCPClieant向DHCPServer申請獲取本系統(tǒng)IP地址。然后系統(tǒng)自動訪問默認的電臺服務(wù)器，該服務(wù)器上有最近更新的世界各地的網(wǎng)絡(luò)電臺的URL地址，系統(tǒng)下載該列表，并更新上次保存的列表。然后系統(tǒng)判斷有無按鍵按下，若有按鍵按下，系統(tǒng)根據(jù)按鍵