基于IEEE802.15.4的無線VoIP話機(jī)系統(tǒng)（下）

按照以上對(duì)硬件功能的要求，本設(shè)計(jì)采用了Freescale公司32位微處理器MCF5249作為主控芯片。該處理器工作主頻為140MHz，實(shí)際工作頻率可通過片內(nèi)PLL設(shè)定，片內(nèi)帶有8K的指令高速緩存和96K的SRAM。該處理器還提供豐富的外設(shè)供用戶使用。

無線收發(fā)模塊采用Freescale公司符合IEEE802.15.4規(guī)范的射頻芯片MC13192，該芯片工作在2.4GHz頻段，提供16個(gè)無線通道，數(shù)據(jù)速率為250Kb/s[4]，通過QSPI與主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。語音采樣模塊采用Motorola公司13位線形PCM編解碼芯片MC145483SD[5]，該芯片對(duì)語音進(jìn)行AD采樣并形成線形PCM流，通過音頻接口與主控芯片交換數(shù)據(jù)。時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)充分考慮手持設(shè)備的低功耗要求，提供高低兩種時(shí)鐘輸入。當(dāng)系統(tǒng)處于未通話狀態(tài)，可向系統(tǒng)提供低頻率時(shí)鐘。時(shí)鐘輸入可通過軟件配置GPIO進(jìn)行選擇。因?yàn)橐�處理大量音頻數(shù)據(jù)和固化代碼，擴(kuò)展了片外SDRAM和FLASH。其他模塊還包括鍵盤，LCD，串口和BDM調(diào)試接口，其硬件框架如圖5所示。

圖5 無線手持設(shè)備端的硬件框架

無線手持設(shè)備端的軟件設(shè)計(jì)

無線手持設(shè)備端的軟件框架

無線手持設(shè)備在軟件設(shè)計(jì)上需充分考慮系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和功耗。其一，手持設(shè)備需要處理語音，會(huì)話控制信令，鍵盤輸入信息等多種數(shù)據(jù)，并需要進(jìn)行通話過程控制，無線收發(fā)控制，單任務(wù)環(huán)境顯然不能勝任。其二語音數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，必須得到及時(shí)有效的處理，且系統(tǒng)不能過于復(fù)雜，以減少不必要的開銷，降低功耗。綜合以上兩點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用了一個(gè)輕巧的多任務(wù)實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)mC/OS-II，其內(nèi)核可剝奪性保證了實(shí)時(shí)任務(wù)的運(yùn)行。而且其內(nèi)核代碼量小，能充分節(jié)省系統(tǒng)資源。該嵌入式操作系統(tǒng)提供除空閑，統(tǒng)計(jì)和保留任務(wù)以外的56個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)供用戶使用，提供信號(hào)量，消息隊(duì)列等機(jī)制實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的同步和信息傳遞。其實(shí)時(shí)性強(qiáng)，代碼量小，內(nèi)核簡(jiǎn)單的特點(diǎn)使其非常適用于本手持設(shè)備。

使用該操作系統(tǒng)之前需將其移植到MCF5249上，根據(jù)處理器的具體信息，編寫OS_CPU.H,OS_CPU_A.ASM和 OS_CPU_C.C三個(gè)文件。

除內(nèi)核外，完整的操作系統(tǒng)還需要編寫鍵盤，LCD，音頻驅(qū)動(dòng)和射頻芯片驅(qū)動(dòng)。音頻驅(qū)動(dòng)采用Phlips I2S數(shù)據(jù)格式，設(shè)定采樣率為8KHz。射頻芯片驅(qū)動(dòng)采用Freescale公司為MC13192提供的配套軟件模塊。

　　操作系統(tǒng)之上是無線MAC層，該模塊針對(duì)語音無線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)了IEEE 802.15.4 協(xié)議MAC層功能。第三層為語音壓縮編解碼g.726模塊和無線網(wǎng)內(nèi)部會(huì)話信令處理模塊。會(huì)話信令處理模塊負(fù)責(zé)處理來自無線語音網(wǎng)關(guān)的會(huì)話信令。最上層為應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)用戶界面和通話過程控制。無線手持設(shè)備總統(tǒng)框架如圖6所示。

圖6 無線手持設(shè)備端的軟件框架

無線手持設(shè)備端的軟件流程

當(dāng)手持設(shè)備上電啟動(dòng)后，其工作流程如圖7示。首先進(jìn)行的是系統(tǒng)的初始化，包括處理器初始化，操作系統(tǒng)mC/OS-II初始化，LCD，鍵盤，射頻模塊等的初始化。之后建立起始任務(wù)并通過OSStart()函數(shù)進(jìn)入多任務(wù)環(huán)境。此時(shí)起始任務(wù)占用CPU資源，在起始任務(wù)中，建立按鍵信息處理任務(wù)并通過信號(hào)量機(jī)制掛起。然后判斷是否收到來自無線語音網(wǎng)關(guān)的幀，如果有，調(diào)用frame_deal()函數(shù)處理幀信息,在該函數(shù)中調(diào)用call_command_deal()完成無線網(wǎng)內(nèi)部會(huì)話信令的處理。接著判斷通話是否建立，如果建立則創(chuàng)建語音任務(wù)，在語音進(jìn)程中使能PCM編解碼芯片，并進(jìn)行g(shù).726壓縮編碼。最后判斷是否有幀需要發(fā)送給無線語音網(wǎng)關(guān)，如果有則把幀添加到發(fā)送緩存，等待發(fā)送時(shí)隙到來。這一過程完成以后重新跳到判斷是否收到來自無線語音網(wǎng)關(guān)的幀，重復(fù)以上過程。如果有鍵盤中斷，將會(huì)釋放一個(gè)信號(hào)量，該信號(hào)量將解掛按鍵信息處理任務(wù)。該任務(wù)對(duì)鍵盤輸入信息進(jìn)行處理。

圖7 無線手持設(shè)備的軟件流程

　　結(jié)語 　　本設(shè)計(jì)已經(jīng)在基于MCF5234微處理器(無線語音網(wǎng)關(guān))和MCF5249微處理器(無線手持設(shè)備)的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。如圖8所示，左圖為無線語音網(wǎng)關(guān)，右圖為無線手持設(shè)備。

圖8 系統(tǒng)硬件實(shí)物圖

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了包括呼叫轉(zhuǎn)移，三方通話等在內(nèi)的7項(xiàng)通話功能。在40米范圍內(nèi)，具有良好的語音效果。該系統(tǒng)為家庭、辦公環(huán)境實(shí)現(xiàn)無線VoIP通信提供了一種參考設(shè)計(jì)，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小，軟件層次清晰等特點(diǎn)。

來源：電子產(chǎn)品世界