基于ARM 11的智能遙控終端設(shè)計(jì)

李 琳

（北京聯(lián)合大學(xué) 應(yīng)用科技學(xué)院，北京 102200）

繼2010年有關(guān)三網(wǎng)融合試點(diǎn)城市的名單公布之后，十二五規(guī)劃中三網(wǎng)融合再次被提升為十二五期間的重大國(guó)家戰(zhàn)略[1]，成為我國(guó)在十二五期間需要積極開展的重點(diǎn)工作之一。所謂三網(wǎng)融合就是將電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)物理合一，如圖1所示。這個(gè)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的現(xiàn)實(shí)意義就是使三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用層上趨向使用統(tǒng)一的IP協(xié)議，在經(jīng)營(yíng)上互相競(jìng)爭(zhēng)、互相合作，朝著向人們提供多樣化、多媒體化、個(gè)性化服務(wù)的同一目標(biāo)逐漸以統(tǒng)一的形式交匯在一起，行業(yè)管制和政策方面也逐漸趨向統(tǒng)一。

圖1 三網(wǎng)融合Fig.1 Three networks convergence

三網(wǎng)融合帶來(lái)的新應(yīng)用對(duì)周邊的設(shè)備也提出了新要求，傳統(tǒng)的電視遙控器、鼠標(biāo)鍵盤已無(wú)法滿足新的應(yīng)用需求。因此，本文提出了一種基于Telechips公司出品的TCC8900系列ARM11處理器的智能遙控終端的設(shè)計(jì)方法。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)通過多個(gè)不同的模塊，包括處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、LCD模塊、充電模塊、紅外模塊、藍(lán)牙模塊、WiFi模塊、USB模塊、按鍵模塊、位置傳感模塊和音頻模塊的設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)普通遙控器[2]的紅外控制功能的基礎(chǔ)上又實(shí)現(xiàn)了以下新的功能：

（1）語(yǔ)音的雙向無(wú)線傳輸功能。該功能可以直接使用遙控器接聽或撥出電話，并具有來(lái)電振鈴功能。

（2）數(shù)據(jù)的雙向無(wú)線傳輸功能。其數(shù)據(jù)傳輸功能實(shí)現(xiàn)了多功能遙控，可以控制TV、IPTV、音響、空調(diào)、燈光等設(shè)備。

（3）具有加速度和角度的感應(yīng)功能，可以使遙控器自動(dòng)感知加速度，如遙控器被拿起；也可以實(shí)現(xiàn)與電視機(jī)交互的體感游戲。

（4）使用鋰電池進(jìn)行供電，可以使用適配器和USB兩種方式充電。同時(shí)，使用USB接口也可以方便地升級(jí)程序。

（5）采用TFT液晶屏顯示，具有友好的人機(jī)交互界面，并具有數(shù)字鍵盤，可以方便地查看當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)以及接聽和撥出電話。

系統(tǒng)功能框圖如圖2所示。

由于篇幅有限，下面重點(diǎn)介紹主要的功能模塊。

圖2 系統(tǒng)功能框圖Fig.2 Block diagram of system function

1.1 主處理器模塊

該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，完成所有接口的調(diào)度以及事件的處理，主處理器模塊支持256M DDR2內(nèi)存，CPU選取低功耗ARM1176JZF-SRISC架構(gòu)多媒體應(yīng)用處理器TCC8900[3]，其主頻超過600 MHz，采用65 nm工藝制造。

TCC8900有較強(qiáng)的多媒體表現(xiàn)能力，視頻解碼最高支持1980×1080分辨率、視頻編碼最高支持1280×720分辨率，支持JPEG/MPEG1/MPEG2/MPEG4-SP/ASP/H.264/VC-1/RV等編碼格式，同時(shí)也支持MP3/AAC/MPEG4-AAC/MPEG4-BSAC等音頻編碼格式，通過軟件和硬件加速共同協(xié)作，能清晰生動(dòng)地把FULL HD（1080P）高清視頻電影通過數(shù)字TV的HDMI輸出帶入人們的日常娛樂中，市面上的RMVB，MKV，H.264，AVI等主流高清視頻格式都能支持，因此在處理智能終端音視頻方面，會(huì)有優(yōu)異的性能表現(xiàn)。TCC8900還提供了硬件3D加速器（ARM Mali200），可以豐富GUI設(shè)計(jì)或其它圖形應(yīng)用，除此之外，TCC8900還提供了豐富的外設(shè)接口，UART、SPI、IIC、USB、I2S、LCD 等等， 便于智能終端增加更多人性化功能。

1.2 充電模塊

本模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的充電，保證遙控器有充足的且可以補(bǔ)充的電量。

本模塊的設(shè)計(jì)選用單節(jié)鋰電池充電管理芯片BQ24070作為充電模塊的核心器件。BQ24070是德州儀器公司生產(chǎn)的一款低成本充電管理芯片[4]，它能支持USB充電和交流適配器充電兩種模式，并且具有DPPM（動(dòng)態(tài)功率路徑管理功能），能實(shí)現(xiàn)插入交流適配器后不需要等待就可以正常開機(jī)。另外它還具有電池溫度檢測(cè)功能，在過冷或過熱的環(huán)境中充電時(shí)有效保護(hù)電池；支持最大1.5 A的充電電流，可以設(shè)置充電時(shí)間，避免因長(zhǎng)時(shí)間充電而損壞電池。

具體電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 充電模塊電路Fig.3 Circuit diagram of charging module

1.3 位置傳感模塊

位置傳感模塊的設(shè)計(jì)分為兩部分：一個(gè)是加速度參數(shù)的測(cè)定；另一個(gè)是旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)定。分別選用ST公司出品的高精度MEMS傳感器芯片LIS302DL和LISY300AL。

LIS302DL作為加速度傳感芯片能捕捉到突然的動(dòng)作，比如遙控者拿起終端的動(dòng)作，系統(tǒng)將會(huì)從待機(jī)狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，LCD屏?xí)稽c(diǎn)亮，體現(xiàn)了人性化的設(shè)計(jì)；LISY300AL又可稱為陀螺儀芯片，其主要的功能是面向游戲，可以實(shí)現(xiàn)與電視機(jī)交互的體驗(yàn)游戲。

LIS302DL是市場(chǎng)上第一個(gè)帶有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SPI/I2C數(shù)字接口和兩個(gè)獨(dú)立的可編程中斷信號(hào)的傳感器；LISY300是一款角速度范圍為300°/s的MEMS角速度傳感器。

1.4 音頻模塊

音頻模塊實(shí)現(xiàn)的主要功能為振鈴輸出和MIC信號(hào)的采集。選用WinBond公司出品的低電壓?jiǎn)瓮ǖ赖恼Z(yǔ)音編解碼芯片W681310[5]作為codec主芯片，實(shí)現(xiàn)模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化轉(zhuǎn)換；選取AK2510A作為回音消除主芯片，TCC8900提供codec芯片需要的8 kHz幀同步信號(hào)和2.048 MHz工作時(shí)鐘，并通過PCMT和PCMR與TCC8900進(jìn)行PCM數(shù)據(jù)交換；TCC8900通過引腳pui控制codec的工作，只有在通話的時(shí)候，才將PUI置高，降低codec的功耗。

圖4為音頻模塊的電路設(shè)計(jì)。

圖4 音頻模塊設(shè)計(jì)電路Fig.4 Design diagram of audio function

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)軟件由引導(dǎo)裝載程序（U-Boot）、設(shè)備驅(qū)動(dòng)（包括幀緩沖）、嵌入式Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)（YAFFS）以及應(yīng)用程序組成，這也符合一般嵌入式系統(tǒng)的軟件構(gòu)成[6]。

其中，操作系統(tǒng)使用Linux-2.6.13穩(wěn)定內(nèi)核，根文件系統(tǒng)為Yaffs文件系統(tǒng)，采用基于arm-linuxgcc-3.4.1的函數(shù)庫(kù)。而應(yīng)用程序方面主要包括兩個(gè)部分：一是實(shí)現(xiàn)如紅外控制、語(yǔ)音/數(shù)據(jù)傳輸、位置傳感等主要功能的應(yīng)用程序；二是圖形界面的應(yīng)用程序，目的是使遙控器具有比較良好的人機(jī)交互界面，使無(wú)論是家庭還是酒店的用戶都能有良好的用戶體驗(yàn)。

第1部分主要功能的實(shí)現(xiàn)，主要是相應(yīng)應(yīng)用程序的編寫，程序流程圖如圖5所示。

圖5 應(yīng)用程序流程圖Fig.5 Flow chart of application program

第2部分是圖形界面的設(shè)計(jì)，目前有多種不同的嵌入式圖形用戶界面支持系統(tǒng)，如Qt[7]、MiniGUI等。本設(shè)計(jì)采用了飛漫軟件開發(fā)的MiniGUI。這部分包括MiniGUI的移植和具體顯示界面的開發(fā)。

TCC8900提供的SDK中沒有MiniGUI的編譯環(huán)境，搭建編譯平臺(tái)是必要的工作。很多文獻(xiàn)講述了MiniGUI在ARM9上的移植[8]，其方法與 ARM11平臺(tái)基本一致，本文的開發(fā)環(huán)境是在個(gè)人PC上安裝Vmware Workstation 6.5.1和Red Hat Linux 9.0操作系統(tǒng)。內(nèi)核版本是2.6.13，與智能終端上運(yùn)行的版本一致。采用的交叉編譯器為arm-linux-gcc-3.4.1。

MiniGUI的移植首先是交叉編譯環(huán)境的建立，然后是進(jìn)行MiniGUI的配置編譯與安裝。移植完成后用示例程序驗(yàn)證一下。

本設(shè)計(jì)中，先設(shè)定好主窗口，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，會(huì)根據(jù)按鍵的內(nèi)容使屏幕顯示不同的界面，撥號(hào)、來(lái)電及通話時(shí)也會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的界面。MiniGUI是一種基于線程的窗口系統(tǒng)，可以采用不同的線程來(lái)進(jìn)行界面的控制和其他的應(yīng)用邏輯，線程之間的數(shù)據(jù)的傳遞則可以通過消息來(lái)完成。在MiniGUIMain函數(shù)中創(chuàng)建并顯示主窗口，同時(shí)建立窗口結(jié)構(gòu)與窗口過程的聯(lián)系，然后從窗口管理器中獲取、翻譯并分發(fā)消息，而窗口過程則負(fù)責(zé)處理各個(gè)窗口的消息[8]。當(dāng)顯示其他界面時(shí)，就在MiniGUIMain函數(shù)中建立其他相應(yīng)的應(yīng)用線程。具體程序就不再贅述。

圖6 整機(jī)效果圖Fig.6 Diagram of remote control

3 整機(jī)效果

紅外模塊、LCD模塊、藍(lán)牙模塊、WiFi模塊、USB模塊、按鍵模塊等模塊設(shè)計(jì)技術(shù)較為成熟，由于篇幅有限，就不做詳細(xì)介紹。圖6所示是為本設(shè)計(jì)專門選用的一款遙控器機(jī)殼，不僅有LCD屏顯示，還有相應(yīng)的控制電視等設(shè)備的按鍵和語(yǔ)音通話用的數(shù)字鍵及其他按鍵。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過對(duì)該設(shè)計(jì)的實(shí)例化測(cè)試，語(yǔ)音通話質(zhì)量良好，人機(jī)交互界面操作簡(jiǎn)便，紅外控制靈敏，達(dá)到了初期規(guī)劃的目標(biāo)。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)合理、可靠性強(qiáng)。同時(shí)成本低，可操控性好，節(jié)能環(huán)保，非常適合大面積推廣。相信未來(lái)的智能遙控終端，將會(huì)越來(lái)豐富，越來(lái)越完美。

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