O 引 言
嵌入式系統就：是一個具有特定功能或用途的計算機軟硬件結合體，或指裝入另一個設備并且控制該設備的專用計算機系統 嵌入式系統的最大特點是其具有目的性和針對性,，即每一套嵌入式系統的開發(fā)都有其特殊的應用場合與特定功能,。嵌人式系統包含硬件和軟件兩部分。硬件架構以嵌入式處理器為中心,，配置存儲器,、I／O設備、通信模塊等,；軟件部分以軟件開發(fā)平臺為核心,，向上提供應用編程接口API，向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包BSP,。嵌入式系統中,，軟件和硬件緊密配合，協調工作,，共同完成系統預定的功能,。
擴頻通信是當今國際上高新技術熱點之一，其理論基礎是香農(C．E．Shannon)的信道容量公式,。該公式表明,，在高斯信道中，當傳輸系統的信號噪聲功率比SNR下降時,，可用增加系統傳輸帶寬W的辦法來保持信道容量C不變,；對于任意給定的信號噪聲功率比，可以用增大傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯率,。擴頻技術正是利用這一原理,，用高速率擴頻碼來達到擴展待傳輸數字信息帶寬的目的,。擴頻通信系統的帶寬比常規(guī)通信體制大幾百倍至幾千倍，故在相同信噪比的條件下,，具有較強的抗噪聲干擾能力,。
1 基于嵌入式系統的數字擴頻收發(fā)信機的硬件設計
設計的基于嵌入式系統的數字擴頻收發(fā)信機結構框圖如圖1所示。
該數字擴頻收發(fā)信機是雙通道的(圖中只畫出單一通道),。通道由語音編解碼電路,、嵌入式微處理器、電平轉換電路,、語音數據擴頻解擴調制解調電路,、鎖存及控制信號產生電路,、外部存儲器和射頻單元電路組成,。
語音編解碼電路采用PHLIPS半導體公司生產的低功耗立體聲音頻編解碼芯片UDAl344TS。該芯片3．O V電源供電,，可工作在L3微控制器模式,，也可工作在靜態(tài)引腳工作模式，通過模式控制引腳MCl(8腳),、MC2(21腳)設置為靜態(tài)引腳工作模式(均為高電平),，在該模式下，可控制的特征有系統時鐘選擇,、數據輸入／輸出格式設置,、重低音和靜音控制以及ADC控制，這些特征是由引腳MPl(9引腳),、MP2(13引腳),、MP3(14引腳)、MP4(15引腳),、MP5(20引腳)控制的,。
嵌入式微處理器選用SAMSUNG公司為手持設備設計的低功耗、高集成度基于ARlM920T核的微處理器S3C2410X,。該處理器集成了16 KB指令和16 KB數據緩存,、MMU、外部存儲器控制器,、LCD控制器,、NAND FLASH控制器、4個DMA通道,、3個UART通道,、1個I2C總線控制器、1個I2S總線控制器,、4個PWM定時器和一個內部定時器,、通用I／O口、實時時鐘、8通道10位ADC和觸摸屏接口,、USB主／從接口,、SD／MMC卡接口等。
語音數據擴頻解擴調制解調電路選用Zilog公司研制的可編程單片直接序列擴頻收發(fā)芯片Z87200,。該芯片包括發(fā)送部分,、接收部分和控制部分，它將擴頻通信收發(fā)主要電路的各個部分都集成于一塊100個管腳的芯片中,。發(fā)送部分包括了發(fā)送數據的白化處理,、串并變換、差分編碼,、PN碼產生,、擴頻、QPSK／BPSK調制及發(fā)定時控制,，完成由數據輸入到已調中頻信號輸出的擴頻,、調制處理。接收部分包括中頻到基帶的數字下變換,、PN碼產生,、數字匹配濾波、解擴,、相關峰檢測,、差分解調、并串轉換,、去白化處理,、數控振蕩器及位定時處理等，完成由數字中頻信號輸入到數據輸出的全過程解調解擴處理,。此外,，Z87200還設置了86 B的片內寄存器，用于對芯片功能的編程設置,，使得對擴頻系統的設置具有靈活性,，芯片具有通用性，可與計算機或單片微處理器連接,，完成對內部寄存器的編程控制,。
電平轉換電路采用MAXIM公司的雙向8通道電平轉換芯片MAX3001E。由于嵌入式微處理器S3C2410X工作電壓通常是3．3 V,，而直序擴頻收發(fā)器Z87200工作電壓通常是5 V,，所以可采用多個MAX3001E來連接這兩個芯片，以實現它們之間,。的邏輯電平轉換,。
鎖存及控制信號產生電路采用74LV373鎖存器和復雜可編程邏輯器件EPM7128SLC84-15,。在通過接口控制單元向直序擴頻收發(fā)器Z87200讀寫數據時，為了確保數據的穩(wěn)定,，采用74LV373鎖存器對要讀寫的數據先進行鎖存,，然后才完成數據的讀寫。EPM7128SLC84-15是ALTERA公司生產的一款MAX7000S系列的CPLD器件,，用VHDL編程設計一個8位同步移位寄存器和一個9位同步計數器,，在．Max +PlusⅡ開發(fā)平臺上進行編譯仿真后下載在CPLD器件EPM7128SLC84-15上。由于直序擴頻收發(fā)器Z87200被設置為突發(fā)工作模式,，為方便數據處理,，可設置突發(fā)塊的長度為8符號／幀，配合使用9位計數器和8位移位寄存器,，每移位9次可得到真正需要的8位語音數據,。
射頻單元采用北京迅通科技公司的PTR8000(以nRF905作為數據無線傳輸芯片)高性能嵌入式無線模塊，它專為點對多點無線通信設計,，內置數據協議和CRC檢錯,，可工作在430／868／915 MHz,，工作電壓在1．9～3．6 V之間,，最大發(fā)射功率+10 dBM，高抗干擾GFSK調制,，可跳頻,，數據速率50 Kb／s，獨特的載波監(jiān)測輸出,，地址匹配輸出,，地址就緒輸出。由于與RF協議相關的高速信號處理部分已經嵌入在模塊內部,，PTR8000可與各種單片機配合使用,，也可以與DSP等高速處理器配合使用；PTR8000提供一個SPI接口,，速率由微控制器自己設定的接口速度決定,，在RX(接收)模式中，地址匹配(AM)和數據準備就緒(DR)信號通知MCU一個有效的地址和數據包已經各自完成,，微控制器即可通過SPI讀取接收的數據,。在TX(發(fā)送)模式中，PTRR8000自動產生前導碼和CRC校驗碼,，數據準備就緒(DR)信號通知MCu數據傳輸完成,。
外部存儲器由一塊8 MB的SDRAM(采用HY57V641620)和一塊2 MB的FLASH(采用HY29LVl60)構成，主要用于存放程序和數據,。
2 軟件設計
嵌入式系統的軟件開發(fā)采用武漢創(chuàng)維特信息技術有限公司的ADT IDE集成開發(fā)環(huán)境,，它提供高效,、清晰、可視化的嵌入式軟件開發(fā)平臺,，包括一整套完備的面向嵌入式系統的開發(fā)和調試工具：編輯器,、編譯器、鏈接器,、工程管理器以及調試器等,，它運行于WindowsNT／95／98／2000／XP，采用類似Visual Studio界面風格,，支持中,、英文版本。
在用戶的應用程序之前,，需要由專門的一段代碼完成對系統的初始化,，即系統啟動加載程序。當ARM微處理器上電或者復位之后,，處理器從0x0取值,，在這個地址處安排的程序就是系統啟動加載程序。由于這類代碼直接面對處理器內核和硬件控制器進行編程,，故采用匯編語言,，其任務包括建立異常向量表、重構異常向量表,、初始化存儲器系統,、初始化堆棧、初始化應用程序執(zhí)行環(huán)境,、屏蔽所有中斷和呼叫主應用程序,。
收發(fā)機系統的主程序主要完成芯片的初始化、接口的配置,、語音數據流控制和中斷處理等工作,，使得收發(fā)機系統在嵌入式微處理器的控制下能有效地完成語音的錄人、發(fā)送,、接收和播放全過程,，基于嵌入式系統的數字擴頻收發(fā)信機程序流程圖如圖2所示。
3 實驗結果
用匯編語言編寫系統啟動加載程序,，用c語言編寫嵌入式微處理器的數字擴頻收發(fā)信機程序,，在ADTIDE集成開發(fā)環(huán)境下添加源代碼，保存后加入到工程中進行設置和編譯,，通過后經過JTAG簡易調試器,，將應用程序燒錄到FLASH中，下載到SDRAM中,。將語音編解碼電路,、嵌入式微處理器S3C2410X,、電平轉換電路、語音數據擴頻解擴調制解調電路,、鎖存及控制信號產生電路,、外部存儲器和射頻單元電路正確焊接在PCB板上，上電,，運行程序,。
在發(fā)送端，話音通過麥克風送人語音編解碼芯片UDAl344TS,，經過語音編碼處理后,，產生I2-bus格式的串行語音數據通過標準I2S語音接口傳送到嵌入式微處理器S3C2410X。S3C2410X將得到的8位語音數據存儲到預先分配好的數據區(qū),，接著將該數據通過同步串行接口SIO一位一位地發(fā)送到語音數據擴頻解擴調制解調芯片Z87200片內進行擴頻,、BPSK調制等一系列處理后，得到8位數字中頻語音信號,；最后,，通過射頻單元PTR8000無線發(fā)送出去。
在接收端,，通過射頻單元PTR8000無線接收到8位數字中頻語音信號,，送入z87200片內進行解擴、解調等一系列處理,，得到串行語音數據信號,；該信號被送入CPLD器件EPM7128SLC84-15的8位同步移位寄存器；CPLD每得到一個8位語音數據就將該數據鎖存并產生一個外部中斷,，通知嵌入式微處理器S3C2410X將這8位語音數據讀走；最后在S3C2410X的控制下將語音數據通過I2S接口傳送給語音編解碼芯片UDAl344TS,，解碼處理后通過揚聲器播放出來,。
發(fā)送通道實現了話音錄人、擴頻和BPSK調制,、無線發(fā)送,；接收通道實現了無線接收、BPSK解調,、解擴和播放,。兩通道可同時進行；在無線傳輸時,，采用PTR8000高性能嵌人式無線模塊,，最大傳輸速率可達20 Kb／s，最遠傳輸距離可達1 km左右,。
4 結 語
闡述了嵌入式系統和擴頻通信的含義,以嵌入式微處理器S3C2410X為核心,，利用Z87200,，UDAl344TS，PTR8000等模塊設計出了數字擴頻收發(fā)信機,。該文創(chuàng)新點是將嵌入式技術和擴頻技術融合在一起,，同時采用ADT IDE集成開發(fā)環(huán)境調試嵌入式系統軟件，用嵌入式微處理器對系統其他芯片進行編程控制,，因而具有很好的靈活性和通用性,；根據所提出的設計思路，可方便地設計其他無線通信系統,，有廣闊的應用前景和很好的經濟效益,。