基于ARM微處理器的機載語音告警系統(tǒng)設計

摘要：針對某型現(xiàn)代軍用飛機的研制要求，設計了基于ARM微處理器的機栽語音告警系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件設計采用立體數(shù)字語音轉換器，并對語音采 用差分方式輸出以提高抗干擾能力，設計了50 ms掉電保護。軟件采用U-Boot的移植及告警命令優(yōu)先級的調(diào)度處理技術，并將大語音庫從NAND Flash直接加載到SDRAM中，減小發(fā)音間隔。其應用結果表明，該機載語音告警系統(tǒng)能根據(jù)戰(zhàn)場形勢變化解析告警命令后對飛行員發(fā)出告警語音，并且接收 到告警命令到發(fā)出告警語音間隔小于40 ms，適應現(xiàn)代復雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境，告警語音音質(zhì)清晰、無間斷音。
關鍵詞：語音告警；ARM；音頻芯片；掉電保護；U-Boot的移植

飛機語音告警系統(tǒng)是新型飛機必備的一種機載設備，其作用是將飛機當前的工作狀態(tài)、危險狀況或者通過數(shù)據(jù)鏈獲取的作戰(zhàn)任務命令，實時以語音方式告知飛行員。 在飛機飛行過程中飛行員一般是通過安裝在座艙里的操作臺、儀表和告警信號燈來了解飛機各個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。由于飛行員在飛行時為完成相應的飛行任務，注意 力高度集中在飛行高度、速度和雷達參數(shù)等數(shù)據(jù)信息上，對飛機故障信息的注意力要相對弱一些，這樣就會出現(xiàn)飛行員不能及時地對故障采取措施，從而導致嚴重的 飛行事故。同時，目前大多數(shù)新研制或改裝的飛機都有數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，許多作戰(zhàn)任務命令不再單純依靠地面指揮人員或長機的語音傳達，可通過數(shù)據(jù)鏈或根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢 產(chǎn)生，并及時告知飛行員，因此，針對某新型飛機的研制要求，設計了基于ARM單片機的語音告警系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體框架設計與工作原理
語音告警系統(tǒng)由以下6部分組成：語音命令輸入單元、語音命令真?zhèn)魏蛢?yōu)先權判斷單元、告警語音播放單元、電源及其監(jiān)控單元、自檢測單元和調(diào)試接口，系統(tǒng)設計框圖如圖l所示。

系統(tǒng)的語音告警數(shù)據(jù)可以通過JTAG預先裝載到非遺失的NAND Flash中，系統(tǒng)上電后自動將告警軟件和語音告警數(shù)據(jù)加載到SDRAM中。系統(tǒng)工作時，通過RS422接收外系統(tǒng)傳來的一個或多個告警命令，按照告警命 令的優(yōu)先級依次發(fā)出告警語音。當新的告警命令優(yōu)先級高于當前告警命令時，中斷當前告警語音；當高優(yōu)先級的告警命令處理結束后，接著依次發(fā)出較低一級的告警 語音。

2 硬件設計
2．1 ARM處理器單元
ARM處理器單元由S3C2440型ARM、存儲單元的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，提供32位地址總線，可以訪問4 Gb的線性地址空間，而S3C2440的內(nèi)部地址總線是30 b，能夠訪問的最大外部地址空間是1 GB，可見S3C2440僅利用ARM920T32位地址空間的低30位。S3C2440將1 GB的外部地址空間分成了8個存儲器組，每個組的大小128 MB，其中6個用于ROM、SRAM等存儲器，2個用于ROM、SRAM、SDRAM存儲器。S3C2440對外尋址時，采用了部分譯碼的方式，低位地址 線用于外圍存儲器的片內(nèi)尋址，高位地址線用于外圍存儲器的片外尋址。高3位ADDR[29：27]來選擇該地址屬于哪一個
存儲器組，ADDR[26：0]來實現(xiàn)相應存儲器組的內(nèi)部尋址，尋址范圍為128 MB，從而使得其外圍地址訪問空間為1 GB。
2．1．2 存儲單元設計
NAND Flash接口信號較少(如圖2所示)，數(shù)據(jù)寬度只有8 b，沒有地址總線，地址、數(shù)據(jù)總線復用，串行讀取，以頁(page)為單位進行讀寫，以塊(block)為單位進行擦除。操作NAND Flash時，先傳輸命令，然后再傳輸?shù)刂罚詈笞x寫數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用64 Mx8 bit的K9F1208，其組織方式可以分4類地址：
1)Column Address表示數(shù)據(jù)在半頁中的地址，大小范圍0～255，用A[0：7]表示；
2)Hafpage Pointer表示半頁在整頁中的位置，即在O～255空間或256～511空間，用A[8]表示；A[8]=00為上半頁，A[8]=01為下半頁；
3)Page Address表示頁在塊中的地址，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NAND Flash操作時，地址分4個周期傳送。