一種基于ARM和PoE的嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)廣播設(shè)計方案

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)由音頻放大器LM48510、音頻處理器、以太網(wǎng)供電和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信等組成。從前端到后端依次經(jīng)過音頻放大器LM48510→ARM926EJS→PoE/Network等幾個處理過程，實現(xiàn)以太網(wǎng)供電的網(wǎng)絡(luò)廣播。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　2.1 ARM926EJS相關(guān)設(shè)計

　　ARM926EJS處理器是通用微處理器ARM9家族的一員，屬于5TEJ版ARM架構(gòu)。針對的是多任務(wù)應(yīng)用，全存儲器管理、高性能、小核心尺寸和低功耗都是其重要的特點。ARM926EJS處理器支持32位ARM 16位Thumb指令集，使得用戶能在高性能和高代碼密度上取得平衡。應(yīng)用ARM926EJS軟核處理器的解決方案，打造具有綜合功能、可配置的緩沖存儲系統(tǒng)，增強芯針對音頻/視頻、語音和多媒體等消費電子的需求。

　　ARM926EJS作為系統(tǒng)的CPU，捕獲microphone的音頻信號，通過音頻信號處理器實現(xiàn)數(shù)字音頻信號，完成編碼處理后，通過AHB總線DMA至外部SDRAM。經(jīng)過音頻放大器LM48510[3]相關(guān)處理后，送至Ethernet MAC從網(wǎng)口輸出，送給揚聲器。此外，ARM926EJS具有豐富的外設(shè)及I/O，這對將來的系統(tǒng)升級也提供了很大的便利。

　　2.2 PoE電源設(shè)計

　　2.2.1 PoE供電的工作過程

　　首先，PSE設(shè)備在端口輸出很小的電壓，直到其檢測到線纜終端的連接為一個支持IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備。當(dāng)檢測到受電端設(shè)備PD之后，PSE設(shè)備可能會為PD設(shè)備進行分類，并且對此PD設(shè)備所需的功率損耗作出估計。在一個可配置時間（一般小于15 μs）的啟動期內(nèi)，PSE設(shè)備開始從低電壓向PD設(shè)備供電，直至提供48 V的直流電源。為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠48 V的直流電，滿足PD設(shè)備不越過15.4 W的功率消耗。若PD設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開時，PSE就會快速地（一般在300～400 ms）停止為PD設(shè)備供電，并重復(fù)檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設(shè)備。POE供電原理圖如圖2所示。

　　圖2 PoE供電原理圖

　　2.2.2 以太網(wǎng)供電控制器LTC4267

　　Linear Technology推出 IEEE 802.3af以太網(wǎng)供電（PoE）控制器 LTC4267[2]，它具有集成開關(guān)穩(wěn)壓器，極大簡化了受電設(shè)備（PD）設(shè)計。LTC4267包括一個恒定頻率電流模式的片上DC/DC控制器，它易于定制成滿足多種電源電壓和負載電流的要求。恒定頻率工作可維持在非常輕的負載情況，從而使所產(chǎn)生的低頻噪聲最小化。

　　3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)引導(dǎo)程序Bootloader，嵌入式操作系統(tǒng)及上層應(yīng)用程序。其中Bootloader是運行于操作系統(tǒng)之前的引導(dǎo)程序，主要任務(wù)是完成系統(tǒng)啟動之前必要的硬件初始化和操作系統(tǒng)加載；操作系統(tǒng)是整個嵌入式平臺的核心程序，主要功能是高效地管理和分配底層硬件資源，并為上層應(yīng)用程序提供與硬件細節(jié)無關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用接口。

　　系統(tǒng)初始化程序還要完成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分配、音頻相關(guān)參數(shù)配置，并關(guān)閉不用的外設(shè)以盡可能地降低功耗。

　　軟件系統(tǒng)還包括網(wǎng)絡(luò)廣播關(guān)鍵的TCP/IP、UDP協(xié)議庫。應(yīng)用軟件包括完成文件系統(tǒng)管理、 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、 郵件發(fā)送、文件傳送、偵測報警等。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序完成把語音發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的某個端口，以供其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來訪問。

　　4 結(jié)語

　　本文介紹了以ARM926EJS微控制器為核心的網(wǎng)絡(luò)廣播設(shè)計與實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)供電模塊LTC4267是恒定頻率電流模式的片上DC/DC控制器，音頻放大器LM48510無需加設(shè)外置升壓轉(zhuǎn)換器，便可確保新產(chǎn)品的輸出功率保持穩(wěn)定。目前，ARM926EJS在音頻/視頻、語音和多媒體等消費電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因此，該系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。