嵌入式語音通信系統(tǒng)中VxWorks BSP的設計實現(xiàn)

1 系統(tǒng)結構及工作原理
1．1 系統(tǒng)組成及特點
整個通信平臺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存儲器、SDRAM存儲器、10／100Mb／s網(wǎng)絡接口、RS 232串口、BDM調試接口、Console接口、供電和復位電路及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)絡系統(tǒng)。該微處理器內部有兩個處理器：PowerPC和32位RISC處理器。PowerPC核同內存管理單元(MMU)、指令和數(shù)據(jù)Cache一同處理高層次應用，CPM則負責完成低層數(shù)據(jù)通信。兩個處理器主要通過共享內存交互。通信處理模塊利用SCC，SMC，SPI和I2C串行通道與外部設備通信，其中SCC和SMC支持時分復用。設計中，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，設計相應的邏輯電路控制語音的采集和回放、協(xié)調MPC860和數(shù)據(jù)采集、回放電路之間的通信是保證系統(tǒng)正常工作的關鍵。文中設計了基于Altera公司的CycloneⅡEP2C8芯片實現(xiàn)的通信控制器來解決這一問題。
將通信平臺分為語音通信處理主板和語音采集回放子板分別設計實現(xiàn)，是為了降低系統(tǒng)開發(fā)難度和便于系統(tǒng)維護、升級和擴展。例如語音通信處理主板無需改動即可利用已有的連接器、FEC網(wǎng)絡接口和SDRAM存儲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)絡視頻服務器。
1．2 功能結構和工作原理
語音通信處理主板的功能結構如圖1所示。

系統(tǒng)上電后，語音通信處理主板復位電路產生復位信號，MPC860接收到復位信號后，跳轉到0X100處開始執(zhí)行啟動代碼。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)運行所需數(shù)據(jù)結構的初始化、啟動VxWorks WIND內核、創(chuàng)建UserRoot任務、初始化系統(tǒng)中用到的可選擴展模塊(如I／O系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡協(xié)議等)、創(chuàng)建任務usrAppInit()，此時語音通信平臺準備就緒，可以執(zhí)行語音通信任務。采集板的功能結構如圖2所示，語音通信處理主板啟動完畢后，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)實現(xiàn)的控制邏輯(Rx control，Tx control)和8位串并、并串轉換器，時鐘電路組成。其數(shù)據(jù)接收過程為：接收控制邏輯(Rx control)控制ADC AD7825將各個通道的語音數(shù)字化，并把轉換結果存入接收緩沖區(qū)(Rx FIFO)，直至Rx FIFO滿時Rx control開始向MPC860T提供周期性幀同步信號，頻率為32 kHz。MPC860在幀同步信號和時鐘信號的驅動下讀取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)送幀同步信號終止數(shù)據(jù)傳輸，同時向MPC860發(fā)送中斷信號IRQ3，MPC860響應中斷把數(shù)據(jù)從接收緩沖區(qū)讀到接收ring buffer中等待應用程序處理。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)將會在檢測到發(fā)送緩沖區(qū)可用時，輸出到SCC發(fā)送緩沖區(qū)，通信控制器提供發(fā)送幀同步信號驅動數(shù)據(jù)傳輸?shù)絋x FIFO(發(fā)送緩沖區(qū))，待到Tx FIFO滿時停止發(fā)送幀同步信號。數(shù)據(jù)發(fā)送完后，CPM會清零，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)，為下次傳輸做準備。
1．4 QMC通信協(xié)議
多通道控制器(QUICC Multichannel Controler，QMC)是為了實現(xiàn)時分復用數(shù)據(jù)傳輸而設計的，它可以把時分復用幀的數(shù)據(jù)分發(fā)到多達64個邏輯通道。該模式下把每一幀的數(shù)據(jù)劃分成若干個時隙(Timeslots)，每時隙8 b。在時隙分配表中規(guī)定每時隙數(shù)據(jù)從屬于某個通道，每個通道都有一組特定的緩沖區(qū)描述符和相應的緩沖區(qū)。一個時隙的數(shù)據(jù)在收發(fā)時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 設計實現(xiàn)
設計中軟件開發(fā)主要包括啟動代碼的編寫、操作系統(tǒng)的移植、硬件驅動程序和語音編、解碼和IP封裝、解封裝應用程序。篇幅有限，本文僅介紹BSP移植。BSP即板級支持包，其功能為硬件、軟件初始化、工程影像的下載和設備驅動等。
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)設計需求、軟件功能等實際情況。實際開發(fā)過程中，為了縮短產品開發(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，根據(jù)軟硬件具體配置進行修改，添加新的程序驅動新增硬件和功能。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)實際情況，需要修改啟動行，內存地址、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：