基于ARM9處理器S3C2410的數(shù)字多路語(yǔ)音記錄器
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AC48304是一種專用的語(yǔ)音處理DSP芯片，需要運(yùn)行相應(yīng)的DSP程序。正常運(yùn)行前， AC48304有兩個(gè)程序需要下載：kernel（內(nèi)核）程序和application（應(yīng)用）程序。kernel程序是個(gè)只有幾百字節(jié)的小程序，完成DSP的初始化工作，為下載應(yīng)用程序做準(zhǔn)備。application程序則完成AC48304的所有功能，在kernel程序程序下載完成后，才可以下載application程序。AC48304有4個(gè)工作模式：內(nèi)核下載模式、程序下載模式、初始化模式、運(yùn)行模式。其中運(yùn)行模式有兩個(gè)狀態(tài)：空閑狀態(tài)和激活狀態(tài)，用戶只能在空閑狀態(tài)改變芯片的工作參數(shù)。
4． 軟件設(shè)計(jì)
4．1Linux中的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
操作系統(tǒng)采用的是嵌入式Linux操作系統(tǒng)。Linux具有效率高、內(nèi)核小的優(yōu)點(diǎn)，且開(kāi)放源代碼，完全免費(fèi)。在Linux操作系統(tǒng)下，應(yīng)用程序不能直接訪問(wèn)硬件，盡管Linux在ARM平臺(tái)上有較完整的板級(jí)支持包，但在該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作中仍然要完成部分設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，包括AC48304驅(qū)動(dòng)程序、LE58QL021驅(qū)動(dòng)程序、S-EEPROM驅(qū)動(dòng)程序等。
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序要為應(yīng)用軟件提供設(shè)備打開(kāi)、關(guān)閉、設(shè)備控制及數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)等接口， 即一些類似于open、close、read和write的函數(shù)，在主程序中直接采用文件讀寫(xiě)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。LE58QL021與ARM處理器之間采用MPI串行控制總線，MPI驅(qū)動(dòng)接口結(jié)構(gòu)定義如下：
static file_operations mpi_ctl_fops = {
ioctl:mpi_ctl_ioctl, //設(shè)備控制
open:mpi_open, //打開(kāi)設(shè)備
close:mpi
_ close, //關(guān)閉設(shè)備
}
linux提供ioremap函數(shù)將I/O內(nèi)存資源的物理地址映射到核心虛地址空間，然后可像操作寄存器那樣進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序的時(shí)候，必須提供兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)是module_init()，insmod在加載此模塊的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用，負(fù)責(zé)進(jìn)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的初始化工作，一個(gè)函數(shù)是module_exit，在模塊被卸載時(shí)調(diào)用，負(fù)責(zé)進(jìn)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的清除工作。
4．2 AC48304的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)實(shí)現(xiàn)
每個(gè)AC48304可同時(shí)進(jìn)行4個(gè)通道的語(yǔ)音編/解碼，片內(nèi)有數(shù)據(jù)緩存區(qū)，編碼后的語(yǔ)音數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)在各通道的緩存區(qū)，然后依次拷貝到輸出緩沖區(qū)。表1為本系統(tǒng)支持的幾種主要語(yǔ)音編碼格式的相關(guān)參數(shù)。其中G.711的A/u律數(shù)據(jù)量最大為64kbps，每個(gè)通道每秒有8000字節(jié)的數(shù)據(jù)，而AC48304的數(shù)據(jù)讀取區(qū)的有效量為80字節(jié)，即每秒鐘要進(jìn)行100次的讀取操作，對(duì)每個(gè)AC48304而言每秒鐘要進(jìn)行400次讀取操作才能保證數(shù)據(jù)及時(shí)讀取。由于語(yǔ)音編碼包是以恒定的速率產(chǎn)生的，因此每2.5毫秒必須對(duì)DSP進(jìn)行一次讀取操作。本平臺(tái)的Linux內(nèi)核中，進(jìn)
程調(diào)度算法的時(shí)間單位為10毫秒，在進(jìn)程中執(zhí)行數(shù)據(jù)的讀取操作很難保證數(shù)據(jù)及時(shí)讀取，如果某個(gè)服務(wù)進(jìn)程或者是本進(jìn)程中的某個(gè)控制操作執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)造成語(yǔ)音數(shù)據(jù)的丟失。
表1：語(yǔ)音數(shù)據(jù)特性
Linux中程序運(yùn)行的環(huán)境分為內(nèi)核空間和用戶空間，內(nèi)核空間的程序優(yōu)先級(jí)高于用戶空間。為保證編碼數(shù)據(jù)被及時(shí)讀取，需在內(nèi)核級(jí)別的進(jìn)程中定時(shí)讀取AC48304產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。有兩種方式可將用戶程序加入到內(nèi)核空間中運(yùn)行：修改Linux內(nèi)核源代碼，直接將用戶程序代碼編譯到內(nèi)核中；利用Linux的模塊機(jī)制，動(dòng)態(tài)的將用戶程序代碼添加到內(nèi)核空間中運(yùn)行。第一種方法實(shí)現(xiàn)難度比較大，而且容易出錯(cuò)。第二種方法實(shí)現(xiàn)難度小，效果與第一種相同，本系統(tǒng)中采用的是第二種方法。
將AC48304的讀取操作作為驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用insmod命令動(dòng)態(tài)加載到內(nèi)核中去，在定時(shí)中斷的服務(wù)函數(shù)中讀取AC48304的數(shù)據(jù)。S3C2410中有5個(gè)用戶可編程的時(shí)鐘中斷，中斷優(yōu)先級(jí)別高，中斷的頻率可編程控制，其中時(shí)鐘中斷Timer3已用于DMA控制，Tmer4用于進(jìn)程調(diào)度。本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)中使用Timer2，通過(guò)配置相關(guān)控制寄存器將Timer2的中斷頻率設(shè)為500HZ，適當(dāng)?shù)脑黾幼x取查詢操作頻率，保證數(shù)據(jù)及時(shí)讀取。中斷服務(wù)函數(shù)是由內(nèi)核來(lái)執(zhí)行的，優(yōu)先級(jí)高于用戶程序，可保證讀取操作的實(shí)時(shí)性。為AC48304的每個(gè)通道分配一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，定時(shí)中斷函數(shù)中讀取的數(shù)據(jù)先保存在緩沖區(qū)中，用戶程序通過(guò)讀取該緩沖區(qū)獲得語(yǔ)音數(shù)據(jù)，這樣對(duì)外部用戶而言，語(yǔ)音數(shù)據(jù)沒(méi)有丟失，語(yǔ)音延遲在毫秒級(jí)別，完全可以滿足需求。
評(píng)論