基于ARM 微處理器的機(jī)載語(yǔ)音告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要： 針對(duì)某型現(xiàn)代軍用飛機(jī)的研制要求，設(shè)計(jì)了基于ARM 微處理器的機(jī)載語(yǔ)音告警系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)采用立體數(shù)字語(yǔ)音轉(zhuǎn)換器，并對(duì)語(yǔ)音采用差分方式輸出以提高抗干擾能力，設(shè)計(jì)了50 ms 掉電保護(hù)。軟件采用U-Boot 的移植及告警命令優(yōu)先級(jí)的調(diào)度處理技術(shù)，并將大語(yǔ)音庫(kù)從NAND Flash 直接加載到SDRAM 中，減小發(fā)音間隔。其應(yīng)用結(jié)果表明，該機(jī)載語(yǔ)音告警系統(tǒng)能根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)變化解析告警命令后對(duì)飛行員發(fā)出告警語(yǔ)音，并且接收到告警命令到發(fā)出告警語(yǔ)音間隔小于40 ms，適應(yīng)現(xiàn)代復(fù)雜多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，告警語(yǔ)音音質(zhì)清晰、無(wú)間斷音。

　　飛機(jī)語(yǔ)音告警系統(tǒng)是新型飛機(jī)必備的一種機(jī)載設(shè)備，其作用是將飛機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)、危險(xiǎn)狀況或者通過(guò)數(shù)據(jù)鏈獲取的作戰(zhàn)任務(wù)命令，實(shí)時(shí)以語(yǔ)音方式告知飛行員[1]。在飛機(jī)飛行過(guò)程中飛行員一般是通過(guò)安裝在座艙里的操作臺(tái)、儀表和告警信號(hào)燈來(lái)了解飛機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。由于飛行員在飛行時(shí)為完成相應(yīng)的飛行任務(wù)， 注意力高度集中在飛行高度、速度和雷達(dá)參數(shù)等數(shù)據(jù)信息上，對(duì)飛機(jī)故障信息的注意力要相對(duì)弱一些，這樣就會(huì)出現(xiàn)飛行員不能及時(shí)地對(duì)故障采取措施，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的飛行事故。同時(shí)，目前大多數(shù)新研制或改裝的飛機(jī)都有數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，許多作戰(zhàn)任務(wù)命令不再單純依靠地面指揮人員或長(zhǎng)機(jī)的語(yǔ)音傳達(dá)，可通過(guò)數(shù)據(jù)鏈或根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)產(chǎn)生，并及時(shí)告知飛行員，因此，針對(duì)某新型飛機(jī)的研制要求，設(shè)計(jì)了基于ARM 單片機(jī)的語(yǔ)音告警系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)與工作原理：

　　語(yǔ)音告警系統(tǒng)由以下6 部分組成： 語(yǔ)音命令輸入單元、語(yǔ)音命令真?zhèn)魏蛢?yōu)先權(quán)判斷單元、告警語(yǔ)音播放單元、電源及其監(jiān)控單元、自檢測(cè)單元和調(diào)試接口，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1 所示。

　　系統(tǒng)的語(yǔ)音告警數(shù)據(jù)可以通過(guò)JTAG 預(yù)先裝載到非遺失的NAND Flash 中， 系統(tǒng)上電后自動(dòng)將告警軟件和語(yǔ)音告警數(shù)據(jù)加載到SDRAM 中。系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)RS422 接收外系統(tǒng)傳來(lái)的一個(gè)或多個(gè)告警命令，按照告警命令的優(yōu)先級(jí)依次發(fā)出告警語(yǔ)音。當(dāng)新的告警命令優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前告警命令時(shí)，中斷當(dāng)前告警語(yǔ)音；當(dāng)高優(yōu)先級(jí)的告警命令處理結(jié)束后，接著依次發(fā)出較低一級(jí)的告警語(yǔ)音。

　　2 硬件設(shè)計(jì)：

　　2.1 ARM 處理器單元：

　　ARM 處理器單元由S3C2440 型ARM、存儲(chǔ)單元的NAND Flash 和SDRAM 組成。

　　2.1.1 S3C2440 尋址原理：

　　S3C2440是基于ARM920T 內(nèi)核的16/32 位RISC 微處理器[2]，提供32 位地址總線，可以訪問(wèn)4 Gb 的線性地址空間，而S3C2440 的內(nèi)部地址總線是30 b，能夠訪問(wèn)的最大外部地址空間是1 GB， 可見S3C2440 僅利用ARM920T 32 位地址空間的低30 位。S3C2440 將1 GB 的外部地址空間分成了8 個(gè)存儲(chǔ)器組， 每個(gè)組的大小128 MB， 其中6 個(gè)用于ROM、SRAM 等存儲(chǔ)器，2 個(gè)用于ROM、SRAM、SDRAM 存儲(chǔ)器。S3C2440 對(duì)外尋址時(shí)，采用了部分譯碼的方式，低位地址線用于外圍存儲(chǔ)器的片內(nèi)尋址， 高位地址線用于外圍存儲(chǔ)器的片外尋址。高3 位ADDR[29:27]來(lái)選擇該地址屬于哪一個(gè)存儲(chǔ)器組，ADDR [26:0]來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)存儲(chǔ)器組的內(nèi)部尋址，尋址范圍為128 MB，從而使得其外圍地址訪問(wèn)空間為1 GB。

　　2.1.2 存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì):

　　NAND Flash 接口信號(hào)較少（如圖2 所示），數(shù)據(jù)寬度只有8 b，沒(méi)有地址總線，地址、數(shù)據(jù)總線復(fù)用， 串行讀取， 以頁(yè)（page）為單位進(jìn)行讀寫，以塊（block）為單位進(jìn)行擦除。操作NAND Flash 時(shí)，先傳輸命令，然后再傳輸?shù)刂?，最后讀寫數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用64 M×8 bit 的K9F1208，其組織方式可以分4類地址：

　　1）Column Address 表示數(shù)據(jù)在半頁(yè)中的地址， 大小范圍0~255，用A[0:7]表示；2）Halfpage Pointer 表示半頁(yè)在整頁(yè)中的位置， 即在0~255 空間或256~511 空間，用A[8]表示；A[8]=00 為上半頁(yè)，A[8]=01 為下半頁(yè)；3）Page Address 表示頁(yè)在塊中的地址， 大小范圍0~31，用A[9:13]表示；4）Block Address 表示塊在Flash 中的位置，大小范圍0~4 095，A[14:25]表示。

　　對(duì)NAND Flash 操作時(shí)，地址分4 個(gè)周期傳送。