運(yùn)用EP7211實(shí)現(xiàn)傳呼信息實(shí)時(shí)語音合成和播放方案設(shè)計(jì)

2.3 PDA系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

PDA系統(tǒng)中嵌入式處理器EP7211進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，傳呼解碼芯接收傳呼信息并進(jìn)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(chǔ)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)，SRAM為程序運(yùn)行提供內(nèi)存空間，電源電路為嵌入式處理器和外圍設(shè)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(yīng)用設(shè)計(jì)的，包含ARM7TDMI處理器內(nèi)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(gè)PWM接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC以及電源檢測(cè)接口。EP7211的內(nèi)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(duì)內(nèi)核的時(shí)鐘進(jìn)行動(dòng)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(shí)鐘被關(guān)斷，整個(gè)CPU及相關(guān)外圍（除中斷和RTC）也關(guān)斷，但可通過中斷或按鈕來喚醒。

系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)采用了我們自主開發(fā)研制的、專門面向嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的XGW平臺(tái)。XGW開發(fā)平臺(tái)采用消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制，是C語言開發(fā)。它功能強(qiáng)大、模塊化設(shè)計(jì)、擴(kuò)展性強(qiáng)、產(chǎn)品升級(jí)容易，總體框架如圖5所示。

圖5全面反應(yīng)了XGW開發(fā)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)，包括事件消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制、內(nèi)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(yīng)用程序開發(fā)提供系統(tǒng)應(yīng)用編程接口API。不過，XGW平臺(tái)對(duì)于系統(tǒng)硬件的中斷響應(yīng)沒有提供統(tǒng)一的入口和出口，需要開發(fā)人員單獨(dú)處理。XGW開發(fā)平臺(tái)的消息分為鼠標(biāo)消息、鍵盤消息和定時(shí)器消息等3類。

2.4 語音中斷服務(wù)例程

嵌入式處理EP7211本身提供的外設(shè)語音錄放Codec(coder/decoder)芯片可以實(shí)現(xiàn)語音的錄入和播放功能。該模塊提供2個(gè)獨(dú)立的16字節(jié)長(zhǎng)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(diǎn)發(fā)速率是64kbps。芯片自身提供工作時(shí)鐘、定時(shí)脈沖以及數(shù)據(jù)串/并和并/串轉(zhuǎn)換功能。編程人員通過設(shè)置EP7211相應(yīng)的控制寄存器使能這些項(xiàng)功能，則每當(dāng)數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖區(qū)半慢或者半空時(shí)（8字節(jié)），芯片自身就會(huì)產(chǎn)生一次中斷信號(hào)供外部處理。理論計(jì)算芯片中斷速率是1ms/次。

語音播放中斷服務(wù)例程主要完成的工作是，當(dāng)產(chǎn)生語音中斷時(shí)，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(wù)例程ISR的偽代碼如下（因?yàn)榫唧w實(shí)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(cè)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(jīng)播放過的語音數(shù)據(jù)長(zhǎng)度給定的需要播放的語音數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(diào)整已經(jīng)播放過的語音數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；

if(已經(jīng)播放過的語音數(shù)據(jù)長(zhǎng)度>=給定的需要播放的語音數(shù)據(jù)長(zhǎng)度)//結(jié)束

{

禁止數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)中斷；

復(fù)位各相關(guān)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(rèn)數(shù)據(jù)

0XFF；

}

}

}

3 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)和分析

由于在設(shè)計(jì)階段充分考慮過語音合成算法的大運(yùn)算量和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，故我們?cè)诰唧w實(shí)現(xiàn)的時(shí)候也采取了一些措施，比較突出的有：用ARM匯編語言來實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性的函數(shù)代碼;語音合成時(shí)提高處理器EP7211的工作頻率（處理器正常工作頻率是18MHz）；對(duì)于一些常用的三角函數(shù)計(jì)算，采用查表的方式等來加快程序執(zhí)行速度。在PDA樣機(jī)測(cè)試中，單字符合成時(shí)間在650ms左右，基本上能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需求。數(shù)據(jù)語音庫經(jīng)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(chǔ)的要求。

當(dāng)PDA系統(tǒng)收到1條個(gè)人傳呼信息時(shí)，在語音庫的支持下，立刻啟動(dòng)語音合成算法，逐個(gè)進(jìn)行字符語音合成。當(dāng)?shù)?個(gè)字節(jié)語音合成結(jié)束后，立刻啟動(dòng)語音中斷服務(wù)例程進(jìn)行語音播放。這樣收到的個(gè)人傳呼信息，前臺(tái)逐個(gè)字符解碼時(shí)，其后臺(tái)語音播放也在進(jìn)行。根據(jù)實(shí)際測(cè)試參數(shù)，基本上滿足了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

從一定角度看，單字符650 ms的語音合成時(shí)間基本能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需要，但還是希望能夠進(jìn)一步減小這個(gè)值。這由于我們對(duì)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(zhǎng)度是ARM代碼長(zhǎng)度的65%，而執(zhí)行效率要經(jīng)后者高出60%。但在某些方面，32位ARM指令集也會(huì)表現(xiàn)出其優(yōu)于16位Thumb指令集的強(qiáng)大功能；同時(shí)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(duì)二者差別和各自優(yōu)勢(shì)的深入理解，結(jié)合本系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)，采用有效的指令集混合編程模式將會(huì)使程序執(zhí)行效率進(jìn)一步提高，從而使實(shí)時(shí)性得到進(jìn)一步加強(qiáng)。