嵌入式数字多媒体终端硬件平台的设计与实现

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1、嵌入式数字多媒体终端硬件平台的设计与实现

2、第1...引言随着信息时代的到来，信息技术尤其是计算机多媒体技术与网络技术飞速发展，语音教室在各种学校都已有了广泛的应用。现存的语音教学系统一般都是采用模拟电路，可*性低，抗干扰性弱，易发生串音，从而在传输过程中会失真、衰减，且易受干扰，导致语音质量较差，同时布线也较复杂，建设成本比较高；另外现存的解决方案实现的功能较为单一，只能完成简单的教学功能，没有提供随意分组讨论、点名、选择题问答等应有的功能；另外，现存的解决方案没有发挥出现有的多媒体网络技术优势

3、，无法进行高效、生动的多媒体教学，交互性比较差，教学效果受到很大的影响，严重影响了在实际教学中的推广与应用。要解决传统语音教学面临的问题必须引入数字化的设计。数字多媒体终端的硬件设计与实现数字语音教学系统由教师端、多个学生端(数字多媒体终端)、数字传输网络组成。其中，教师端一般采用计算机控制，主要完成系统管理及网络管理。学生端既可以基于PC机平台，也可以采用经济型独立设备。数字传输网络是所要传输的多媒体信息的载体。本文就是针对学生端设计一种经济实用的独立设备。它采用嵌入式数字信号处理器DSP+C

4、PLD+接口电路的设计模式。数字信号处理器DSP实现语音信号的处理、网络接口部分的控制及多任务的管理。CPLD完成网络适配部分设计及部分外围电路控制。接口电路包含网络接口、模拟语音输入输出接口。语音传输中要保证语音传输的实时性和交互性，实现学生端与教师端和其他学生端的通信。硬件平台构造于DSP嵌入式系统上，该平台采用了TI公司的数字信号处理器TMS320VC5402作为核心部件，利用可编程逻辑器件XC95288开发了外围控制电路和接口电路，其电路如图1所示。它主要包括以下几部分：多种设备接口包括

5、网络输入、输出接口、话筒输入接口和耳机输出接口。语音信号前置放大由于从话筒输入的语音信号比较微弱(1～30mV)，达不到编解码器对信号强度的要求，因此必须进行前置放大，这里由专用前置放大芯片完成。语音信号的转换及编解码语音信号的A/D，D/A转换及编解码功能是利用MC145480完成的，它的优点是：①可将语音信号的A/D，D/A转换及编解码集成在一个芯片中，提高了系统稳定性；②只需单电源供电，减少了双电源供电所带来的电源干扰问题，提高了语声质量；③可提供A律及m律两种编码格式，提供符合ITU-T

6、G.711建议的语音数据流。系统控制、管理与语音压缩由数字信号处理器TMS320VC5402完成。该芯片处理速度快，可实现语音的实时处理，并实现语音的回声抑制功能。除了能完成DSP所提供的功能外，利用内嵌的DSP/BIOS实时操作系统，可实现并建立语音实时多任务系统。网络适配电路本网络的拓扑结构参考令牌总线网，物理拓扑采用总线型结构，由一根线形的电缆连接各个站点。逻辑拓扑采用环形结构，每个站点知道自己左边和右边站点的地址，在逻辑上构成一个环，数据沿环逐节点顺序传送。这种物理结构具有以太网电缆的可

7、*性，不会因某处电缆故障物而在物理上导致整个系统瘫痪。其所需电缆长度短，安装费用低，易于布线、维护和扩充。而且，物理上共享总线的站点之间可以直接通信，响应速度较快。同时，由于总线电缆固有的广播特性，使得应用中广播功能的实现较为容易。另外，由于逻辑环是公平的，每一站点对信道的访问时间有一个确定的上界，因此可以防止某一站点独占信道这种情况的发生。共享媒体语音网是一个局域通信网络，它没有路由问题，任何两个站点之间可以使用一条直接链路，所以不需要单独设置网络层，而可以将寻址、排序、流控、差错控制等功能都

8、放在数据链路层中实现。该控制电路利用XILINX公司的可编程逻辑器件CX95288实现。网络适配器把数据总线上的低电平并行信号转换成0、1码流，通过连接网络各站点的电缆传输。它采用特殊技术，以便利用适配器共享局域网线缆、局域网的介质访问控制MAC方式和发送信号的类型。电路包括网络接口、接收电路、发送电路及与DSP的接口电路。其中，网络接口部分采用通用的RS-485通信接口，实现简单。共享媒体语音网络的适配器电路结构如图2所示。数字多媒体终端的软件设计与实现数字多媒体终端系统除了利用DSP完成信号

9、处理，实现全部系统控制功能之外，在系统软件设计中，需要对DSP、存储器、外设等各种资源加以管理，同时还要处理多任务并发操作和不同任务之间的协调。为了保证系统的可*性和稳定性，本文采用了DSP/BIOS实现上述工作。DSP/BIOS实时操作系统DSP/BIOS是TI公司推出的一个实时操作系统(RTOS)，与TI的CodeposerStudio(CCS)集成在一个开发环境下。目前最新的版本是CCS2.0中的DSP/BIOSII。它支持软件模块化，通过修改内核提供占先式多任务服务；具有设备独立的I/O