基于EP7211實現(xiàn)傳呼信息實時語音合成和播放原理及設計

2.3 PDA系統(tǒng)的體系結構

PDA系統(tǒng)中嵌入式處理器EP7211進行數(shù)據(jù)處理，傳呼解碼芯接收傳呼信息并進行解碼，LCD提供數(shù)據(jù)輸出顯示，觸摸屏提供用戶輸入接口，F(xiàn)lash用來存儲應用程序和數(shù)據(jù)，SRAM為程序運行提供內存空間，電源電路為嵌入式處理器和外圍設備提供所需要工作電壓。

嵌入式處理器EP7211是Cirrus Logic公司專門為低成本、超低功耗的嵌入式應用設計的，包含ARM7TDMI處理器內核和豐富的外圍接口。外圍接口有CODEC音頻接口、SPI串行A/D接口、單色LCD接口、DRAM接口、紅外接口、2個PWM接口、實時時鐘RTC以及電源檢測接口。EP7211的內核電路工作在2.5V，而外圍電路工作在3.3V；可根據(jù)具體情況對內核的時鐘進行動態(tài)編程控制，可工作在18、36、49和74MHz。另外EP7211還有3種基本供電模式：正常操作（operating）、空閑（idle）和等待（standby）。在等待模式，主時鐘被關斷，整個CPU及相關外圍（除中斷和RTC）也關斷，但可通過中斷或按鈕來喚醒。

系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺采用了我們自主開發(fā)研制的、專門面向嵌入式應用系統(tǒng)開發(fā)的XGW平臺。XGW開發(fā)平臺采用消息驅動機制，是C語言開發(fā)。它功能強大、模塊化設計、擴展性強、產品升級容易，總體框架如圖5所示。

圖5全面反應了XGW開發(fā)平臺的體系結構，包括事件消息驅動機制、內存管理、字符和圖形顯示輸出、圖形組件庫等。圖形組件庫中的編輯框、列表框、按鈕等為用戶應用程序開發(fā)提供系統(tǒng)應用編程接口API。不過，XGW平臺對于系統(tǒng)硬件的中斷響應沒有提供統(tǒng)一的入口和出口，需要開發(fā)人員單獨處理。XGW開發(fā)平臺的消息分為鼠標消息、鍵盤消息和定時器消息等3類。

2.4 語音中斷服務例程

嵌入式處理EP7211本身提供的外設語音錄放Codec(coder/decoder)芯片可以實現(xiàn)語音的錄入和播放功能。該模塊提供2個獨立的16字節(jié)長的數(shù)據(jù)發(fā)送和接緩沖區(qū)（FIFO），其為全雙工模式，數(shù)字據(jù)點發(fā)速率是64kbps。芯片自身提供工作時鐘、定時脈沖以及數(shù)據(jù)串/并和并/串轉換功能。編程人員通過設置EP7211相應的控制寄存器使能這些項功能，則每當數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖區(qū)半慢或者半空時（8字節(jié)），芯片自身就會產生一次中斷信號供外部處理。理論計算芯片中斷速率是1ms/次。

語音播放中斷服務例程主要完成的工作是，當產生語音中斷時，仍然有數(shù)據(jù)需要播放，則向語音數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)FIFO中寫入指定數(shù)據(jù)，剩下的工作由Codec芯片本身來完成。中斷服務例程ISR的偽代碼如下（因為具體實現(xiàn)代碼沒有通用性，故此處用偽碼描述）：

void IRQ_Codec_Handler(void)

{

while（檢測系統(tǒng)狀態(tài)寄存器，發(fā)現(xiàn)語音芯片數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)FIFO非滿）

{

if(已經播放過的語音數(shù)據(jù)長度給定的需要播放的語音數(shù)據(jù)長度)

{

向語音芯片發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)FIFO寫入指定數(shù)據(jù)；

調整已經播放過的語音數(shù)據(jù)長度；

if(已經播放過的語音數(shù)據(jù)長度>=給定的需要播放的語音數(shù)據(jù)長度)//結束

{

禁止數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)中斷；

復位各相關的全局變量；

程序返回；

}

}

else

{

向語音芯片發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)FIFO寫入默認數(shù)據(jù)

0XFF；

}

}

}

3 試驗結構和分析

由于在設計階段充分考慮過語音合成算法的大運算量和系統(tǒng)的實時性要求，故我們在具體實現(xiàn)的時候也采取了一些措施，比較突出的有：用ARM匯編語言來實現(xiàn)關鍵性的函數(shù)代碼;語音合成時提高處理器EP7211的工作頻率（處理器正常工作頻率是18MHz）；對于一些常用的三角函數(shù)計算，采用查表的方式等來加快程序執(zhí)行速度。在PDA樣機測試中，單字符合成時間在650ms左右，基本上能夠滿足實際應用需求。數(shù)據(jù)語音庫經過處理之后，占用了729 560字節(jié)也能夠滿足本PDA系統(tǒng)的存儲的要求。

當PDA系統(tǒng)收到1條個人傳呼信息時，在語音庫的支持下，立刻啟動語音合成算法，逐個進行字符語音合成。當?shù)?個字節(jié)語音合成結束后，立刻啟動語音中斷服務例程進行語音播放。這樣收到的個人傳呼信息，前臺逐個字符解碼時，其后臺語音播放也在進行。根據(jù)實際測試參數(shù)，基本上滿足了系統(tǒng)的實時性要求。

從一定角度看，單字符650 ms的語音合成時間基本能夠滿足實際應用需要，但還是希望能夠進一步減小這個值。這由于我們對ARM算是器的使用還處在研究階段。ARM本身提供了16位的Thumb指令集和32位的ARM指令集，而且兩者在某些方面表現(xiàn)出較大差別。一般來講，Thumb代碼長度是ARM代碼長度的65%，而執(zhí)行效率要經后者高出60%。但在某些方面，32位ARM指令集也會表現(xiàn)出其優(yōu)于16位Thumb指令集的強大功能；同時該處理器系統(tǒng)支持ARM指令庥和Thumb指令集混合編程模式。隨著對二者差別和各自優(yōu)勢的深入理解，結合本系統(tǒng)的硬件體系結構，采用有效的指令集混合編程模式將會使程序執(zhí)行效率進一步提高，從而使實時性得到進一步加強。