基于EP7312的新型信息終端的設計 - 全文

公用電話本身具有分布廣泛的特性，可以成為接入互聯網并提供服務信息的良好載體。而傳統的公用電話只能提供語音服務，對接入互聯網和提供信息服務則無能為力。

　　本文設計了一種符合公用電話發(fā)展方向的信息終端。它不僅提供了傳統公用電話的所有功能，而且借助ISDN數字網的優(yōu)勢提供了INTERNET的接入服務。人們可以享受比PC接入公用互聯網更方便的各項功能，可以利用信息終端瀏覽網頁。信息終端還提供了SMTP和POP3的功能，憑借中文輸入法和T9英文輸入法可以很方便的收發(fā)電子郵件。電信運營商可以方便通過信息終端提供各種收費信息服務，這其中也包括廣告商發(fā)布的各種廣告。

　　信息終端的接入方式如下圖1：

?

　　圖1：信息終端的接入方式

　　1 信息終端的總體設計

　　信息終端屬于公用電話領域，在功耗，接入方式，操作方便性等方面都有特殊要求，因此采用標準的嵌入式系統設計。

　　信息終端的處理器選用Soc嵌入式處理器ARM7系列中的EP7312。處理器采用ARM7TDMI的處理器內核，有8K字節(jié)高速緩沖存儲器(CACHE)，支持MMU，帶64路TLB(translation look-aside buffer);寫緩沖器。超低功耗(典型值)74MHZ工作狀態(tài)時為90mW，18MHZ工作狀態(tài)時為30mW，空閑狀態(tài)時為10mW(CPU時鐘停止，其余工作)，掛起狀態(tài)時<1 mW(實時時鐘工作，其余停止工作)。

　　操作系統采用NUCLEUS嵌入式操作系統。NUCLEUS嵌入式操作系統提供源代碼，用戶能夠深入地了解底層內核的運作方式，并可根據自己的特殊要求改動系統軟件。它采用了先進的微內核 ( Micro-kernel ) 技術，在優(yōu)先級安排，任務調度，任務切換等各個方面都有相當大的優(yōu)勢，對防止優(yōu)先級倒轉等的方面都有一定的獨到之處。而且，能夠結合 Paradigm，SDS以及 ATI自己的多任務調試器組成功能強大的集成開發(fā)環(huán)境。另外NUCLEUS除提供功能強大的內核操作系統外，還提供種類豐富的功能模塊。

　　信息終端利用ISDN接入公用互聯網，由于ISDN交換機有遠供的能力(可以提供1瓦的電力)，接入終端不需要外接電源，接入方式簡單。這對于一種公用電話的替代產品來說非常理想的。而且ISDN網性能穩(wěn)定，使用靈活，技術成熟。信息終端可以充分利用ISDN的兩個B通道可以給用戶提供一種公用互聯網接入方式，在這個平臺基礎上就可以開發(fā)出各種形式的增值服務。

　　2 信息終端的硬件設計

　　信息終端主要包括主板、電源板、讀卡器板、電話鍵盤板、功能鍵盤板、液晶屏。

?

　　圖2 信息終端總體設計圖

　　信息終端硬件的核心是終端主板，它負責管理鍵盤掃描、外圍狀態(tài)監(jiān)測等。LCD接口提供320×240分辨率的顯示屏用以顯示數據、圖像，以及與用戶交互信息。另外，由于信息終端屬于公用電話系統，還需包含讀卡器板、功能鍵盤板、門開及摘掛機檢測等功能模塊。

　　本系統充分利用ISDN交換機的供電能力，電源板從ISDN線路取電，經變換后向主板提供+5V和+3.3V電源。自帶后備電池，保證在線路掉電時，能完成正在進行的操作和保存記錄。

　　2.1 主板的原理框圖

?

　　圖3：主板原理框圖

　　主板由嵌入式處理器(EP7312)、FLASH(INTEL公司的28F320C3)、SDRAM(W986416DH)、ISDN參考模型中的U接口控制芯片(MC145576)、聲音編解碼芯片(MC145481)、ISDN數據鏈路控制芯片(HFC-S+)等芯片組成。

　　EP7312通過總線對FLASH、SDRAM、HFC-S+進行控制。處理器通過對HFC-S+進行控制，實現ISDN 通話及通信的功能。MC145576芯片主要完成ISDN參考模型中的S/T接口和U接口之間轉換。主板上集成8M的FLASH存貯空間，分為兩個部分，其中3M作為程序空間，剩下存放和MS-DOS4兼容的文件系統。HFC-S+支持B通道和D通道高級數據鏈路控制(HDLC)，向外提供GCI總線、 FIFO控制等。MC145481 CODEC芯片是一個PCM編解碼芯片，它實現聲音的數字化和重組。

　　在EP7312的鍵盤掃描各口線上都加上雙向過壓保護二極管BAV99及防短路的電阻，提高了防靜電能力及防短路能力。主板時鐘芯片采用PHILIPS的PCF8563芯片以防止停振。

　　3 信息終端的軟件設計

　　本系統的軟件主要分為啟動代碼，芯片驅動程序設計，操作系統和ISDN協議棧的移植，應用程序的設計等。系統軟件結構如圖4：

?

　　圖4：系統軟件結構圖

3.1 啟動代碼的設計

　　啟動代碼在信息終端的設計中是很重要的一環(huán)，它是EP7312處理器在冷啟動后首先執(zhí)行的一段代碼，用ARM匯編指令編寫。在這一段程序中要執(zhí)行一些必須的初始化任務 ，例如中斷向量表的初始化、SDRAM控制器初始化、存儲器管理單元(MMU)初始化等等。

　　設置入口指針：啟動程序首先必須定義入口指針，而且整個應用程序只有一個入口指針。

　　設置中斷向量表：ARM7要求中斷向量表必須設置在從0地址開始，連續(xù)8×4字節(jié)的

　　空間，分別是復位、未定義指令錯誤、軟件中斷、預取指令錯誤、數據存取錯誤、IRQ、FIQ和一個保留的中斷向量。

　　初始化堆棧和CPU寄存器：系統堆棧初始化取決于用戶使用的中斷，以及系統需要處理的錯誤類型。還需要設置CPU相關的寄存器，以確定系統使用的SDRAM和其它外設芯片的刷新頻率，數據總線寬度等信息。

　　初始化存儲器系統：系統集成有MMU來管理內存空間。

　　改變處理器模式、狀態(tài)：本系統讓處理器一直處于超級用戶模式。

　　初始化C語言所需的存儲器空間：在初始化期間應將系統需要讀寫的數據和變量從

　　FLASH拷貝到SDRAM里。并要對一些全局的數據進行初始化，如BSS數據段。

　　跳轉到C程序入口：啟動代碼跳到C程序的入口，開始一段NUCLEUS操作系統的初始化和應用程序初始化的代碼。

　　啟動代碼的流程框圖如下圖5：

?

　　圖5：啟動代碼的流程圖

　　3.2 ISDN協議棧的移植

　　信息終端通過ISDN網接入INTERNET，因此必須在操作系統之上移植ISDN協議棧。本文采用的ISDN用戶-網絡接口協議棧和X.25協議棧是來自ISDN-BRICKS的商用軟件包[15-21]，它滿足ITU-T的I.430、Q.921、Q.931、X.25和X.31以及相應的中國標準 [1-7]。

　　ISDN和X25協議棧軟件包是一個按照相關標準編寫的通用軟件包。該軟件包按多進程/多任務操作系統環(huán)境設計，支持不同的實現環(huán)境，如操作系統、CPU 和編譯系統等。一個多進程/多任務操作系統環(huán)境一般必須具有以下功能：進程/任務調度、進程/任務之間的通信、共享資源的互斥訪問、內存管理以及定時管理。但是，即使同是多任務操作系統，也還存在著實現機制和函數調用句法的不同。NUCLEUS雖是一個能提供上述功能的實時操作系統，但通用的ISDN和 X25協議棧軟件包必須經過移植，才能在NUCLEUS操作系統下運行。

　　因此,ISDN和X25協議棧軟件包的移植工作必須在以下幾個方面進行：

　　1)將創(chuàng)建SERVER移植為創(chuàng)建NUCLEUS的任務。

　　2)用NUCLEUS的內存管理機制創(chuàng)建協議棧共享資源，如消息塊、數據緩沖區(qū)塊、定時管理單元數據塊以及動態(tài)分配內存塊。

　　3)將對通用郵箱的收發(fā)操作移植為對NUCLEUS的消息隊列的收發(fā)操

　　作。

　　4)將對共享資源的鎖定管理移植為對NUCLEUS的信號燈的管理。

　　5)將定時管理模塊移植為NUCLEUS的定時超時函數。

　　6)將通用的禁中斷操作移植為NUCLEUS的禁中斷操作。

　　3.3 應用程序設計要點

　　應用程序包括主控模塊，廣告模塊，維護模塊，語音模塊，輸入法，瀏覽器等。

　　在設計過程中要注意以下幾點：

　　注意內存釋放：內存申請一定要釋放，特別是程序在對錯誤進行處理的時候。

　　特定地址保護：嵌入式操作系統并不像WINDOWS操作系統那樣對一些重要的地址都

　　作了保護。因此在寫應用程序時要特別注意指針的運用，不能讓非法指針出現。

　　注意多任務的環(huán)境：因為在嵌入式系統中每個模塊都有自己的任務，當前任務的運行不能影響其它模塊。

　　4 結束語

　　本文所介紹的信息終端在硬件上具有性能穩(wěn)定，功耗極低，接入方式簡便，使用方便的特點。在操作系統移植和驅動程序的開發(fā)上與硬件緊密結合，具有良好的入網兼容性，人機交互良好等特點。