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嵌入式藍(lán)牙PSTN語(yǔ)音接入點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：首先，闡述藍(lán)牙在公共交換電話網(wǎng)絡(luò)PSTN中的一種應(yīng)用——三合一電話。然后，分別從硬件、驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用軟件三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。最后，給出測(cè)試結(jié)果，并提出改進(jìn)方案。引言
源碼開放的μClinux由于其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和較低的成本，得到了廣泛的應(yīng)用。嵌入式藍(lán)牙公共交換電話網(wǎng)絡(luò)PSTN（Public Switched Telephone Network）語(yǔ)音接入點(diǎn)，就是我們和廣東省電信科學(xué)研究院合作，在μClinux系統(tǒng)上開發(fā)的一種具有廣闊前景的應(yīng)用。其應(yīng)用場(chǎng)景如圖1所示。
藍(lán)牙GSM雙模手機(jī)在進(jìn)入藍(lán)牙PSTN語(yǔ)音接入點(diǎn)的信號(hào)覆蓋范圍后，即自動(dòng)通過接入點(diǎn)在PSTN網(wǎng)絡(luò)上登記，這樣用戶的話務(wù)就被轉(zhuǎn)移到PSTN網(wǎng)絡(luò)，使用時(shí)只需繳納固定電話費(fèi)；網(wǎng)關(guān)具有小型交換機(jī)的功能，可以為多個(gè)藍(lán)牙手機(jī)提供類似的服務(wù)；而且同一個(gè)接入點(diǎn)信號(hào)覆蓋范圍之內(nèi)的藍(lán)牙手機(jī)間，還可以不經(jīng)過PSTN直接進(jìn)行相互間通話，就像對(duì)講機(jī)一樣，不用付費(fèi)。本文主要介紹接入點(diǎn)軟硬件以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
1 硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
嵌入式藍(lán)牙PSTN語(yǔ)音接入點(diǎn)的硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示。整個(gè)接入點(diǎn)主要由網(wǎng)關(guān)控制模塊、電話線路接口模塊和藍(lán)牙收發(fā)模塊組成。
1.1 網(wǎng)關(guān)控制模塊
網(wǎng)關(guān)控制模塊是整個(gè)網(wǎng)關(guān)軟件的運(yùn)行平臺(tái)。ΜClinux操作系統(tǒng)運(yùn)行于此硬件平臺(tái)之上，而所有應(yīng)用軟件又運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上。復(fù)雜的控制流程以及大量的外擴(kuò)模塊要求MPU具有較強(qiáng)的處理能力。經(jīng)多方權(quán)衡，本設(shè)計(jì)最終選用了Motorola公司的ColdFire嵌入式處理器MCF5272。
MCF5272內(nèi)部的SRAM和ROM對(duì)于運(yùn)行μClinux操作系統(tǒng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。本設(shè)計(jì)對(duì)MCF5272的RAM和ROM進(jìn)行了擴(kuò)充，外擴(kuò)了16MB的SDRAM和4MB的Flash ROM。這樣的存儲(chǔ)器配置不僅滿足了語(yǔ)音接入點(diǎn)軟件的需要，還為網(wǎng)關(guān)增加各種功能留有較多的余地。
1.2 電話線路接口模塊
電話線路接口模塊是網(wǎng)關(guān)和PSTN的接口，由線路切換繼電器、電話線接口芯片、DTMF接收電路、DTMF發(fā)送電路和FSK解調(diào)及振鈴接收電路組成。它通過MCF5272的12根GPIO線和4個(gè)外部中斷線和網(wǎng)關(guān)控制模塊相連。線路切換繼電器用于實(shí)現(xiàn)電話線上的信號(hào)在振鈴接收電路和語(yǔ)音電路之間的切換，即實(shí)現(xiàn)摘機(jī)掛機(jī)的功能。在待機(jī)狀態(tài)下繼電器觸點(diǎn)切換在振鈴接收電路一側(cè)，等待接收振鈴信號(hào)。當(dāng)需要摘機(jī)時(shí)，MCF5272控制繼電器切換到話音電路一側(cè)。
電話線路接口芯片選用Philips公司的TEA1062A。TEA1062A把電話線上送來(lái)的模擬語(yǔ)音信號(hào)放大后發(fā)送到藍(lán)牙收到模塊的PCM編解碼器；相反，也把PCM編解碼器送來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)放大后，放到電話線上傳輸。此外，它還提供了消側(cè)音、自動(dòng)增益控制等功能。
網(wǎng)關(guān)還需具備轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)電顯示信息的功能。常見的來(lái)電顯示標(biāo)準(zhǔn)分為DTMF和FSK兩種。我國(guó)的來(lái)電顯示國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是FSK制式的，大部分PSTN交換機(jī)也支持FSK標(biāo)準(zhǔn)的來(lái)電顯示信息；但是也有少量PSTN交換機(jī)和一些用戶內(nèi)部交換機(jī)發(fā)送的是DTMF標(biāo)準(zhǔn)的來(lái)電顯示信息。我們HOLTEK的HT9170D以及HT9032C芯片分別接收DTMF及FSK來(lái)電顯示信息。
網(wǎng)關(guān)向PSTN交換機(jī)撥號(hào)和普通的電話一樣，采用DTMF信號(hào)，同時(shí)也可以用DTMF信號(hào)向PSTN交換機(jī)發(fā)送一些信令信息。網(wǎng)關(guān)的DTMF發(fā)送選用FOLTEK的HT9200A芯片。
1.3 藍(lán)牙收發(fā)模塊
藍(lán)牙收發(fā)模塊包括藍(lán)牙射頻電路、基帶處理電路和PCM編解碼電路，通過MCF5272的UART1和網(wǎng)關(guān)控制模塊相連。語(yǔ)音信號(hào)通過PCM編解碼器MC145483和電話接口芯片TEA1062A連接。語(yǔ)音信號(hào)通過PCM編解碼器MC145483和電話接口芯片TEA1062A連接。MCF5272把藍(lán)牙模塊接收到的數(shù)據(jù)通過協(xié)議棧解釋為摘機(jī)、掛機(jī)、撥號(hào)、來(lái)電顯示等命令，并通過數(shù)據(jù)線控制電話語(yǔ)音接收與撥叫電路的各種操作。PSTN市話網(wǎng)用戶線與電話線路接口模塊連接，電話線路接口模塊把外部PSTN電話網(wǎng)的振鈴信號(hào)和來(lái)電顯示信息通過數(shù)據(jù)線傳遞給MCF5272。MCF5272再把這些信號(hào)通過藍(lán)牙軟件棧打成數(shù)據(jù)包并送給藍(lán)牙模塊，由藍(lán)牙模塊通過無(wú)線信道發(fā)送給終端。電話線上的模擬語(yǔ)音信息通過PCM編解碼器編碼后經(jīng)藍(lán)牙模塊發(fā)送給終端，同時(shí)藍(lán)牙模塊接收終端發(fā)送過來(lái)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，經(jīng)過PCM編解碼器解碼，形成模擬語(yǔ)音信號(hào)，通過電話接口芯發(fā)送到電話線上。本設(shè)計(jì)中的藍(lán)牙基帶和射頻電路由CSR的BlueCore01b芯片加上功放、低噪放、收發(fā)切換開關(guān)、濾波器和一些外圍電路組成。
2 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1 μClinux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序概述
在μClinux下，所有的硬件設(shè)備都被視為文件，從設(shè)備接收輸入數(shù)據(jù)和將輸出送到設(shè)備就像從普通文件接收輸入和將輸出送到文件一樣，可以使用read()、write()等系統(tǒng)調(diào)用。應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用和內(nèi)核交互，而內(nèi)核則通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和具體硬件交互，如圖3所示。一般來(lái)說，操作系統(tǒng)內(nèi)核需要訪問三類主要設(shè)備：字符型設(shè)備、塊型設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。本接入點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)儆谧址O(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
每個(gè)驅(qū)動(dòng)都
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