引言
在高檔酒店客人坐在圓形的餐桌旁,，通過觸摸面前的電腦屏幕選擇食物，不久選中的食物便通過軌道輸送到客人面前,。這一自動點餐系統(tǒng)" title="自動點餐系統(tǒng)">自動點餐系統(tǒng)避免了人工服務造成的等待,、服務態(tài)度等問題，同時提供了強大的娛樂功能,。同樣,，該系統(tǒng)也適合于娛樂及辦公場所,，大家可以在各自的包間或辦公室很方便地點餐。
系統(tǒng)功能
系統(tǒng)框圖示于圖1,。Blackfin處理器是專門為滿足當今嵌入式音頻,、視頻和通信應用計算要求和低功耗條件設計的嵌入式處理器[1]。系統(tǒng)包含有一片Blackfin系列雙核處理器ADSP" title="DSP">DSP-BF561[2],，視頻采集解碼芯片ADV7183B,音頻編解碼芯片ADV1836A,，SDRAM數(shù)據(jù)存儲器，F(xiàn)LASH程序存儲器,，以太網(wǎng)芯片LAN91C111,LCD觸摸屏,，SD卡、UART接口,，按鍵,，指示燈等。
系統(tǒng)通過擴展了SD卡,，移植了FAT文件系統(tǒng),，作為照片、視頻,、電子書等數(shù)據(jù)的存儲,。通過ADSP-BF561內(nèi)部的SPI總線，從SD卡內(nèi)部將數(shù)據(jù)讀到SDRAM里,，同樣,，SDRAM的數(shù)據(jù)也可以通過SPI總線寫回到SD卡內(nèi)部。
從SD卡讀到SDRAM內(nèi)部的菜品的圖片,，通過一些處理,，轉(zhuǎn)化成適合320×240彩色LCD顯示的RGB-24Bit格式的圖像數(shù)據(jù)，之后,，通過并行外設接口(PPI)送給LCD控制器,，進行菜品圖片的顯示。
系統(tǒng)擴展了LAN91C111芯片作為網(wǎng)絡主控芯片,。ADSP-BF561通過外部接口擴展總線(EBIU),，與LAN91C111進行讀寫通訊。LAN91C111的網(wǎng)絡輸出經(jīng)過網(wǎng)絡變壓器后,，接到RJ-45接口上,，實現(xiàn)了網(wǎng)絡的硬件連接。LAN91C111芯片通過DMA方式和中斷引腳,，與ADSP-BF561進行數(shù)據(jù)的傳輸,。軟件方面，通過VDK實時內(nèi)核上移植的LWIP，進行TCP/IP協(xié)議的開發(fā),。
視頻數(shù)據(jù)（PAL制）通過同軸電纜接入到視頻解碼器ADV7183內(nèi)部,，經(jīng)過采樣，視頻解碼,，輸出ITU-656格式的圖像數(shù)據(jù),。圖像數(shù)據(jù)通過PPI，以8bit的數(shù)據(jù)寬度,，SCLK/2的速度,，DMA方式傳輸?shù)絊DRAM中,。利用PPI的同步數(shù)據(jù)口與ADV7183的幀同步,、場同步、行同步等信號進行相連,，完成視頻數(shù)據(jù)的同步,。對ADV7183的上電配置是通過ADSP-BF561的通用編程接口(PF)實現(xiàn)I2C協(xié)議，完成數(shù)據(jù)格式,、增益控制,、曝光控制等配置。
從視頻解碼器ADV7183讀到SDRAM的視頻數(shù)據(jù)是ITU-656格式的（UYVY4:2:2格式）經(jīng)過YUV到RGB的算法變換,，轉(zhuǎn)變成適合彩屏LCD顯示的RGB24bit數(shù)據(jù),，通過PPI傳輸給LCD控制器，實現(xiàn)視頻的采集和播放,。
顧客的語音留言通過麥克風輸入到音頻編解碼器AD1836中,，經(jīng)過音頻A/D的采樣、量化,、解碼后,，通過DSP的Sport口傳輸?shù)絊DRAM中進行暫時的存儲[3]，之后,，通過MDMA傳輸?shù)絊D卡中,，進行顧客意見的語音保存。AD1836通過ADSP-BF561的串行外設接口(SPI)配置成44kHz的采樣率,、16bit的采樣寬度,。
SD卡中的音頻數(shù)據(jù)（歌曲）通過SPI讀取到SDRAM中，由ADSP-BF561解碼后,，通過串口(SPORT)以DMA方式,，傳輸給AD1836音頻編碼器，再通過揚聲器或者耳機輸出,，實現(xiàn)了歌曲的播放,。
此外，系統(tǒng)擴展了NAND Flash作為大容量的數(shù)據(jù)存儲，擴展了4×4鍵盤和指示燈,，擴展了Flash作為程序固化,，擴展了消防信息報警的接口。
圖1 系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)功能如下：
瀏覽菜單：菜品圖片通過SD卡,，以BMP格式進行存儲,。當用戶瀏覽菜單的時候，ADSP-BF561通過菜品的文件名,，讀取SD卡中對應的菜品的圖片,，顯示在彩屏LCD上。顧客可以根據(jù)菜單進行選擇菜品進行瀏覽,，菜品也可以滾動的播放,。
顧客點餐：顧客通過瀏覽菜單菜品的圖片，選擇自己滿意的菜品,，之后選擇點餐按鈕,，即可以實現(xiàn)點餐功能。此外,，顧客還可以通過網(wǎng)絡進行點餐和預定菜品,，實現(xiàn)點餐的智能化和靈活化。
娛樂功能：終端提供了強大的娛樂功能,，包括：聽音樂,、閱讀電子書、觀看菜品制作過程視頻等等,。顧客在等餐的過程中,，可以通過觸摸屏選擇這些娛樂功能，緩解等餐過程中焦急的心情,，也達到了放心愉快用餐的目的,。
語音留言和播放：顧客在用餐結(jié)束后，對餐廳的反饋意見可以通過語音的形式,，由麥克風輸送給音頻解碼芯片AD1836,，經(jīng)過音頻A/D采樣、量化,、解碼后,，存儲在SDRAM中，之后通過存儲在NAND Flash中,，實現(xiàn)用戶意見的保存,。餐廳經(jīng)營者可以通過菜單把用戶的語音留言播放出來，根據(jù)用戶的意見,。
網(wǎng)絡功能：系統(tǒng)擴展了LAN91C111作為網(wǎng)絡主控芯片,。在軟件上,，在VDK內(nèi)核的基礎上移植了LWIP作為網(wǎng)絡主要結(jié)構，實現(xiàn)了TCP/IP在ADSP-BF561上的移植[4],，完成了C-S(客戶端-服務器)模型下的網(wǎng)絡Socket的建立,、連接、傳輸,、斷開等功能,。并且，在標準的TCP/IP的基礎上,，開發(fā)了應用層協(xié)議,，實現(xiàn)了點餐終端與上位機電腦直接的數(shù)據(jù)的傳輸。
軟件設計
ADSP-BF561上實現(xiàn)的軟件通過采用VDK創(chuàng)建線程,，線程之間通過信號量(semaphore)和消息(message)來傳遞信息和完成線程的同步,。利用硬件標志(device flag)來完成外設和DSP的同步。利用中斷和中斷嵌套來處理DMA以及突發(fā)事件,。通過對每個應用程序創(chuàng)建一個線程,，用線程的優(yōu)先級和消息進行互相的調(diào)度和管理,，并且,，編寫ADV7183，AD1836及LAN91C111等設備的驅(qū)動,，用優(yōu)先級管理中斷服務程序,，調(diào)用VDK的API函數(shù)。雙核軟件結(jié)構示于圖2,。
圖2 雙核軟件結(jié)構
程序采用了菜單結(jié)構,，上電初始化后顯示主菜單，通過用戶的對觸摸屏的點擊,，開始顯示二級子菜單,，然后用戶可以返回上級菜單和跳轉(zhuǎn)到下級子菜單。程序最多有5級菜單,，為用戶提供了一個良好的人機交互的界面,。主程序流程示于圖3。
圖3 主程序流程
在網(wǎng)絡傳輸點餐信息方面,，DSP端程序主要是在VDK內(nèi)核上通過LWIP移植了TCP/IP協(xié)議簇,。VDK作為一個同Visual DSP++一起發(fā)售的內(nèi)核，很好地集成到了 VisualDSP++中,。在VDK的基礎上,，通過開發(fā)Socket服務器程序，實現(xiàn)了點餐信息的網(wǎng)絡傳輸及網(wǎng)絡點餐的功能,。
程序的加載是指把程序固化在FLASH中,，在上電后,，程序能脫離開仿真器獨立的加載和運行，這一步是任何一個產(chǎn)品開發(fā)過程中必須做到的工作,。ADSP-BF561的加載過程非常的復雜,，主要分為：1、簡單程序的加載,；2,、單核程序的加載；3,、雙核程序的加載,；4、復雜的程序(雙核,，程序運行在外存中)加載,。VDK內(nèi)核下的LWIP程序，以及視音頻的采集,、編解碼等等,，巨大的程序量使程序必須在外存中運行，而且必須采用雙核處理器來增加處理性能,，本設計的程序加載屬于最復雜的第4類加載,。在程序的加載過程中，我們從簡單的程序開始反復的試驗,，逐步的了解ADSP-BF561的加載過程,，通過閱讀大量的資料，與ADI的國內(nèi)和國外的技術支持進行了聯(lián)系,，最終解決了這個難題,。
結(jié)語
系統(tǒng)充分利用雙核DSP-BF561的硬件資源，使得Blackfin系列DSP的音視頻處理性能得到充分的發(fā)揮,。通過合理的設計了DSP外圍的器件,，實現(xiàn)了音頻的采集與播放、視頻的采集與顯示,、觸摸屏的互動,、SD卡和NAND flash等大容量存儲器的使用。采用了VDK內(nèi)核管理程序的進程,，在DSP上移植了TCP/IP協(xié)議簇,，實現(xiàn)了點餐信息的網(wǎng)絡傳輸及網(wǎng)絡點餐的功能。存儲在終端的菜品的海量圖片可以動態(tài)的瀏覽和播放,。提供了強大的娛樂功能,。顧客可以在用餐后通過終端對菜品進行語音評價。
采用該系統(tǒng)實現(xiàn)真正意義上的“無人智能餐廳”,。