嵌入式語音通信系統(tǒng)中VxWorks BSP的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
1．1 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)
整個(gè)通信平臺(tái)由語音通信處理主板和語音采集回放子板組成。語音通信處理主板包括CPU MPC860、FLASH存儲(chǔ)器、SDRAM存儲(chǔ)器、10／100Mb／s網(wǎng)絡(luò)接口、RS 232串口、BDM調(diào)試接口、Console接口、供電和復(fù)位電路及120pin連接器。通信處理主板的核心MPC860是Motorola公司的一款由MC68360演變而來的通用單片集成嵌入式微處理器，適用于通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該微處理器內(nèi)部有兩個(gè)處理器：PowerPC和32位RISC處理器。PowerPC核同內(nèi)存管理單元(MMU)、指令和數(shù)據(jù)Cache一同處理高層次應(yīng)用，CPM則負(fù)責(zé)完成低層數(shù)據(jù)通信。兩個(gè)處理器主要通過共享內(nèi)存交互。通信處理模塊利用SCC，SMC，SPI和I2C串行通道與外部設(shè)備通信，其中SCC和SMC支持時(shí)分復(fù)用。設(shè)計(jì)中，SCC工作在QMC協(xié)議Trans-parent Mode。通信處理模塊(CPM)新增了數(shù)字信號(hào)處理(DSP)功能。語音采集回放子板由語音采集電路、語音回放電路、基于FPGA實(shí)現(xiàn)的通信控制器和與語音通信處理主板連接的120pin連接器組成。
由于MPC860的數(shù)據(jù)傳輸速度相比ADC和DAC要快很多，設(shè)計(jì)相應(yīng)的邏輯電路控制語音的采集和回放、協(xié)調(diào)MPC860和數(shù)據(jù)采集、回放電路之間的通信是保證系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。文中設(shè)計(jì)了基于Altera公司的CycloneⅡEP2C8芯片實(shí)現(xiàn)的通信控制器來解決這一問題。
將通信平臺(tái)分為語音通信處理主板和語音采集回放子板分別設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，是為了降低系統(tǒng)開發(fā)難度和便于系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)和擴(kuò)展。例如語音通信處理主板無需改動(dòng)即可利用已有的連接器、FEC網(wǎng)絡(luò)接口和SDRAM存儲(chǔ)器等資源與視頻編解碼芯片、視頻壓縮／解壓縮芯片組成網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器。
1．2 功能結(jié)構(gòu)和工作原理
語音通信處理主板的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)上電后，語音通信處理主板復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，MPC860接收到復(fù)位信號(hào)后，跳轉(zhuǎn)到0X100處開始執(zhí)行啟動(dòng)代碼。按照BSP配置逐步執(zhí)行CPU初始化、板上其他硬件電路的初始化、操作系統(tǒng)運(yùn)行所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化、啟動(dòng)VxWorks WIND內(nèi)核、創(chuàng)建UserRoot任務(wù)、初始化系統(tǒng)中用到的可選擴(kuò)展模塊(如I／O系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等)、創(chuàng)建任務(wù)usrAppInit()，此時(shí)語音通信平臺(tái)準(zhǔn)備就緒，可以執(zhí)行語音通信任務(wù)。采集板的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，語音通信處理主板啟動(dòng)完畢后，語音采集回放子板可在通信控制器控制下采集和回放語音，并對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編解碼和IP封裝、解封裝處理。

1．3 數(shù)據(jù)處理流程
MPC860T和ADC AD7825，DAC AD7305之間的通信由通信控制器控制。通信控制器由數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(Rx FIFO，Tx FIFO)，基于FSM(有限狀態(tài)機(jī))實(shí)現(xiàn)的控制邏輯(Rx control，Tx control)和8位串并、并串轉(zhuǎn)換器，時(shí)鐘電路組成。其數(shù)據(jù)接收過程為：接收控制邏輯(Rx control)控制ADC AD7825將各個(gè)通道的語音數(shù)字化，并把轉(zhuǎn)換結(jié)果存入接收緩沖區(qū)(Rx FIFO)，直至Rx FIFO滿時(shí)Rx control開始向MPC860T提供周期性幀同步信號(hào)，頻率為32 kHz。MPC860在幀同步信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下讀取Rx FIFO中的數(shù)據(jù)到SCC數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)。Rx FIFO讀空(即讀指針追上了寫指針)后，Rx control停止向MPC860發(fā)送幀同步信號(hào)終止數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)向MPC860發(fā)送中斷信號(hào)IRQ3，MPC860響應(yīng)中斷把數(shù)據(jù)從接收緩沖區(qū)讀到接收ring buffer中等待應(yīng)用程序處理。其數(shù)據(jù)發(fā)送過程為：MPC860完成IP解封裝、解壓縮后的語音數(shù)據(jù)將會(huì)在檢測到發(fā)送緩沖區(qū)可用時(shí)，輸出到SCC發(fā)送緩沖區(qū)，通信控制器提供發(fā)送幀同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絋x FIFO(發(fā)送緩沖區(qū))，待到Tx FIFO滿時(shí)停止發(fā)送幀同步信號(hào)。數(shù)據(jù)發(fā)送完后，CPM會(huì)清零，TxBD)中的R位表示MPC860可向SCC發(fā)送緩沖區(qū)中裝入新的數(shù)據(jù)，為下次傳輸做準(zhǔn)備。
1．4 QMC通信協(xié)議
多通道控制器(QUICC Multichannel Controler，QMC)是為了實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的，它可以把時(shí)分復(fù)用幀的數(shù)據(jù)分發(fā)到多達(dá)64個(gè)邏輯通道。該模式下把每一幀的數(shù)據(jù)劃分成若干個(gè)時(shí)隙(Timeslots)，每時(shí)隙8 b。在時(shí)隙分配表中規(guī)定每時(shí)隙數(shù)據(jù)從屬于某個(gè)通道，每個(gè)通道都有一組特定的緩沖區(qū)描述符和相應(yīng)的緩沖區(qū)。一個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)在收發(fā)時(shí)被放置在特定的緩沖區(qū)里，MPC860T就可把分散的數(shù)據(jù)聚集在一起發(fā)送，或把聚集在一起的數(shù)據(jù)分發(fā)到各自專用的緩沖區(qū)，而不需要額外的處理來區(qū)分各種各樣的數(shù)據(jù)流。

2 BSP 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
設(shè)計(jì)中軟件開發(fā)主要包括啟動(dòng)代碼的編寫、操作系統(tǒng)的移植、硬件驅(qū)動(dòng)程序和語音編、解碼和IP封裝、解封裝應(yīng)用程序。篇幅有限，本文僅介紹BSP移植。BSP即板級(jí)支持包，其功能為硬件、軟件初始化、工程影像的下載和設(shè)備驅(qū)動(dòng)等。
2．1 BSP的定制
無論是BootRom還是VxWorks都要使用BSP代碼，BSP定制需要根據(jù)硬板配置、系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求、軟件功能等實(shí)際情況。實(shí)際開發(fā)過程中，為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，通常以WINDRIVER公司的BSP模板或者第三方公司提供的可供參考的BSP為基礎(chǔ)，根據(jù)軟硬件具體配置進(jìn)行修改，添加新的程序驅(qū)動(dòng)新增硬件和功能。本課題中先把APC860開發(fā)板的BSPMPC860TEVB拷貝到installdir：＼Tornado＼target＼collfig＼ppcs860目錄下，主要做下列修改。
2．1．1 config．h文件
根據(jù)實(shí)際情況，需要修改啟動(dòng)行，內(nèi)存地址、容量等配置，修改部分代碼如下：

2．1．2 makefile文件的修改
makefile文件的修改，部分程序如下：