基于ARM 11的智能遥控终端设计

2014-03-10李琳

自动化与仪表 2014年4期

李琳

（北京联合大学应用科技学院，北京 102200）

继2010年有关三网融合试点城市的名单公布之后，十二五规划中三网融合再次被提升为十二五期间的重大国家战略[1]，成为我国在十二五期间需要积极开展的重点工作之一。所谓三网融合就是将电信网、互联网和有线电视网三大网络物理合一，如图1所示。这个国家发展战略的现实意义就是使三网融合的网络在应用层上趋向使用统一的IP协议，在经营上互相竞争、互相合作，朝着向人们提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐以统一的形式交汇在一起，行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。

图1 三网融合Fig.1 Three networks convergence

三网融合带来的新应用对周边的设备也提出了新要求，传统的电视遥控器、鼠标键盘已无法满足新的应用需求。因此，本文提出了一种基于Telechips公司出品的TCC8900系列ARM11处理器的智能遥控终端的设计方法。

1 系统设计

本设计通过多个不同的模块，包括处理器模块、存储器模块、LCD模块、充电模块、红外模块、蓝牙模块、WiFi模块、USB模块、按键模块、位置传感模块和音频模块的设计，在实现普通遥控器[2]的红外控制功能的基础上又实现了以下新的功能：

（1）语音的双向无线传输功能。该功能可以直接使用遥控器接听或拨出电话，并具有来电振铃功能。

（2）数据的双向无线传输功能。其数据传输功能实现了多功能遥控，可以控制TV、IPTV、音响、空调、灯光等设备。

（3）具有加速度和角度的感应功能，可以使遥控器自动感知加速度，如遥控器被拿起；也可以实现与电视机交互的体感游戏。

（4）使用锂电池进行供电，可以使用适配器和USB两种方式充电。同时，使用USB接口也可以方便地升级程序。

（5）采用TFT液晶屏显示，具有友好的人机交互界面，并具有数字键盘，可以方便地查看当前设备的状态以及接听和拨出电话。

系统功能框图如图2所示。

由于篇幅有限，下面重点介绍主要的功能模块。

图2 系统功能框图Fig.2 Block diagram of system function

1.1 主处理器模块

该模块是整个系统的控制核心，完成所有接口的调度以及事件的处理，主处理器模块支持256M DDR2内存，CPU选取低功耗ARM1176JZF-SRISC架构多媒体应用处理器TCC8900[3]，其主频超过600 MHz，采用65 nm工艺制造。

TCC8900有较强的多媒体表现能力，视频解码最高支持1980×1080分辨率、视频编码最高支持1280×720分辨率，支持JPEG/MPEG1/MPEG2/MPEG4-SP/ASP/H.264/VC-1/RV等编码格式，同时也支持MP3/AAC/MPEG4-AAC/MPEG4-BSAC等音频编码格式，通过软件和硬件加速共同协作，能清晰生动地把FULL HD（1080P）高清视频电影通过数字TV的HDMI输出带入人们的日常娱乐中，市面上的RMVB，MKV，H.264，AVI等主流高清视频格式都能支持，因此在处理智能终端音视频方面，会有优异的性能表现。TCC8900还提供了硬件3D加速器（ARM Mali200），可以丰富GUI设计或其它图形应用，除此之外，TCC8900还提供了丰富的外设接口，UART、SPI、IIC、USB、I2S、LCD 等等，便于智能终端增加更多人性化功能。

1.2 充电模块

本模块可以实现对锂电池的充电，保证遥控器有充足的且可以补充的电量。

本模块的设计选用单节锂电池充电管理芯片BQ24070作为充电模块的核心器件。BQ24070是德州仪器公司生产的一款低成本充电管理芯片[4]，它能支持USB充电和交流适配器充电两种模式，并且具有DPPM（动态功率路径管理功能），能实现插入交流适配器后不需要等待就可以正常开机。另外它还具有电池温度检测功能，在过冷或过热的环境中充电时有效保护电池；支持最大1.5 A的充电电流，可以设置充电时间，避免因长时间充电而损坏电池。

具体电路设计如图3所示。

图3 充电模块电路Fig.3 Circuit diagram of charging module

1.3 位置传感模块

位置传感模块的设计分为两部分：一个是加速度参数的测定；另一个是旋转角度的测定。分别选用ST公司出品的高精度MEMS传感器芯片LIS302DL和LISY300AL。

LIS302DL作为加速度传感芯片能捕捉到突然的动作，比如遥控者拿起终端的动作，系统将会从待机状态自动进入工作状态，LCD屏会被点亮，体现了人性化的设计；LISY300AL又可称为陀螺仪芯片，其主要的功能是面向游戏，可以实现与电视机交互的体验游戏。

LIS302DL是市场上第一个带有一个标准的SPI/I2C数字接口和两个独立的可编程中断信号的传感器；LISY300是一款角速度范围为300°/s的MEMS角速度传感器。

1.4 音频模块

音频模块实现的主要功能为振铃输出和MIC信号的采集。选用WinBond公司出品的低电压单通道的语音编解码芯片W681310[5]作为codec主芯片，实现模拟语音信号的数字化转换；选取AK2510A作为回音消除主芯片，TCC8900提供codec芯片需要的8 kHz帧同步信号和2.048 MHz工作时钟，并通过PCMT和PCMR与TCC8900进行PCM数据交换；TCC8900通过引脚pui控制codec的工作，只有在通话的时候，才将PUI置高，降低codec的功耗。

图4为音频模块的电路设计。

图4 音频模块设计电路Fig.4 Design diagram of audio function

2 系统软件设计

整个系统软件由引导装载程序（U-Boot）、设备驱动（包括帧缓冲）、嵌入式Linux内核、文件系统（YAFFS）以及应用程序组成，这也符合一般嵌入式系统的软件构成[6]。

其中，操作系统使用Linux-2.6.13稳定内核，根文件系统为Yaffs文件系统，采用基于arm-linuxgcc-3.4.1的函数库。而应用程序方面主要包括两个部分：一是实现如红外控制、语音/数据传输、位置传感等主要功能的应用程序；二是图形界面的应用程序，目的是使遥控器具有比较良好的人机交互界面，使无论是家庭还是酒店的用户都能有良好的用户体验。

第1部分主要功能的实现，主要是相应应用程序的编写，程序流程图如图5所示。

图5 应用程序流程图Fig.5 Flow chart of application program

第2部分是图形界面的设计，目前有多种不同的嵌入式图形用户界面支持系统，如Qt[7]、MiniGUI等。本设计采用了飞漫软件开发的MiniGUI。这部分包括MiniGUI的移植和具体显示界面的开发。

TCC8900提供的SDK中没有MiniGUI的编译环境，搭建编译平台是必要的工作。很多文献讲述了MiniGUI在ARM9上的移植[8]，其方法与 ARM11平台基本一致，本文的开发环境是在个人PC上安装Vmware Workstation 6.5.1和Red Hat Linux 9.0操作系统。内核版本是2.6.13，与智能终端上运行的版本一致。采用的交叉编译器为arm-linux-gcc-3.4.1。

MiniGUI的移植首先是交叉编译环境的建立，然后是进行MiniGUI的配置编译与安装。移植完成后用示例程序验证一下。

本设计中，先设定好主窗口，当有按键按下时，会根据按键的内容使屏幕显示不同的界面，拨号、来电及通话时也会进入相应的界面。MiniGUI是一种基于线程的窗口系统，可以采用不同的线程来进行界面的控制和其他的应用逻辑，线程之间的数据的传递则可以通过消息来完成。在MiniGUIMain函数中创建并显示主窗口，同时建立窗口结构与窗口过程的联系，然后从窗口管理器中获取、翻译并分发消息，而窗口过程则负责处理各个窗口的消息[8]。当显示其他界面时，就在MiniGUIMain函数中建立其他相应的应用线程。具体程序就不再赘述。