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技
术创新
ＡＲＭ开发与应用
《ＰＬＣ技术应用２００例》
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基于ARM 内核的民用数字对讲机系统的设计
ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＣｉｖｉｌＤｉｇｉｔａｌＷａｌｋｉｅ－ＴａｌｋｉｅＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＡＲＭＫｅｒｎｅｌ
（清华大学）邱吉刚
林孝康
Ｑｉｕ，ＪｉｇａｎｇＬｉｎ，Ｘｉａｏｋａｎｇ
摘要：民用数字对讲机逐步替代传统的民用模拟对讲机已是大势所趋。为降低生产成本，本文提出了一项民用数字对讲机的系统解决方案。该方案利用ＳｏＣ技术，来设计民用数字对讲机的专用ＡＳＩＣ芯片。在分析民用数字对讲机基本结构的基础
上，本文对芯片设计的总体框架及某些关键模块如ＡＲＭ微处理器和外围接口、
语音编／解码模块、基带和射频模块、时钟信号设计等作了详细介绍。
关键词：民用数字对讲机；片上系统设计设计；专用集成电路；ＡＲＭ中图分类号：ＴＰ３３９文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｉｓａｐｐａｒｅｎｔｔｈａｔｃｉｖｉｌａｎａｌｏｇｗａｌｋｉｅ－ｔａｌｋｉｅｗｉｌｌｂｅｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄｂｙｃｉｖｉｌｄｉｇｉｔａｌｗａｌｋｉｅ－ｔａｌｋｉｅ．Ｆｏｒｔｈｅｓａｋｅｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄａｓｃｈｅｍｅｗｈｉｃｈｕｔｉｌｉｚｅｓｔｈｅＳｏＣ（ＳｙｓｔｅｍｏｎＣｈｉｐ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅＡＳＩＣｆｏｒｃｉｖｉｌａｎａｌｏｇｗａｌｋｉｅ－ｔａｌｋｉｅ．Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｉｖｉｌｄｉｇｉｔａｌｗａｌｋｉｅ－ｔａｌｋｉｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｓｅｖｅｒａｌｋｅｙ
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文章编号：１００８－０５７０（２００６）１０－２－００１３－０３
１引言
对讲机一般分为民用对讲机和集群对讲机两类。集群对讲机为集群系统用户专用，需要基站等控制设施支持才能正常使用。民用对讲机不需要基站等设施，具有费率低、使用方便等特点，因此在物业管理、生产制造等领域得到广泛应用。与传统的民用模拟对讲机相比，融入了数字调频等现代通信技术的民用数字对讲机具有抗干扰能力强、语音清晰、易于加密等特点，而且还能提供短信息等附加业务。因此，民用对讲机逐步数字化已是大势所趋。为此，国内外众多机构投入了大量的人力、物力进行研究和开发。国内部
分高校和有关公司于２００５年１０月召开“
数字对讲机产业联盟”筹备工作会议协调相关事宜，以推动国内民用数字对讲机产业的发展。
目前已有部分公司和结构推出了民用数字对讲机的样机。但是，此类对讲机往往是在集群数字对讲机基础上改进而成，一般采用分离元件设计，结构复杂，成本较高，难以在市场上得到广泛推广。利用先进的ＡＳＩＣ（专用集成电路）技术和ＳｏＣ（片上系统）技术，可以将众多分离元件的功能集成到一块芯片上，从而可以增强设备稳定性、减小设备体积、降低生产成本。
２民用数字对讲机的系统结构
民用数字对讲机主要由控制器、语音编／解码器、信道编／解码器、
调制／解调器、射频模块Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ等部分组成。其框图如图１所示。在相互通信之前，主／被叫双方相互交换信令信息来建立呼叫连接。呼叫建立之后，用户输入的语音信号通过Ａ／Ｄ变换，语音编码，信道编码，交织和调制以后送到射频模块发射；接收端接收到无线电信号以后进行解调，信道解码，语音解码，Ｄ／Ａ变换后通过麦克输出。整个通信过程完成之后，主／被叫双方再次交换信令信息来拆除呼叫连接。其中，主控模块负责各功能模块，协调系统资源。
图１民用数字对讲机的结构框图
本文研究的目的在于利用ＳＯＣ技术，将控制器、
调制／解调、
信道编／解码器等集成在一块芯片上；同时在芯片上提供部分外设功能，如ＲＳ２３２接口、键盘接
口等，这样整个芯片就是一个完整的数字对讲机系统，示意图如图２所示。
３民用数字对讲机的ＳｏＣ设计
３．１概述
邱吉刚：博士研究生
基金项目：国家重点基础研究发展规划（９７３）计划资助，芯片的全系统仿真，编号Ｇ１９９９０３２９０３
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技术创新
中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与ＳＯＣ）２００６年第２２卷第１０－２期
３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》ＡＲＭ开发与应用
综合系统性能指标、生产成本等因素，拟定以
ＡＲＭ公司的ＡＲＭ９４６Ｅ－Ｓ微处理器为核心构建民用
数字对讲机的ＡＳＩＣ芯片。它的最高工作频率
１８０ＭＨｚ，采用５级流水线，性能１．１ＭＰＳ／ＭＨｚ，并支持
浮点操作。
图２民用数字对讲机ＳｏＣ示意图
整个芯片设计过程基于集成平台进行系统级开
发，从而可以缩短设计周期，提供性能更佳、成本更低
廉产品。民用数字对讲机的结构主要由三部分组成：
微处理器及外设接口、音频编／解码模块、基带及射频
模块。民用数字对讲机的ＳｏＣ结构框图如图３所示，
其中大方框所包含的部分为芯片内部模块。
３．２微处理器及外设接口
图３民用数字对讲机的ＳｏＣ结构框图
设计时，微处理器部分直接采用了ＡＲＭ公司提供
的ＡＲＭ９４６Ｅ－Ｓ微处理器ＩＰ（ＩｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌＰｒｏｐｅｒｔｙ）核。
总线控制器采用直接ＡＲＭ公司提供ＡＭＢＡ总线
ＩＰ模块，实际包括ＡＰＢ总线和ＡＨＢ总线两个模块。因
为ＡＲＭ公司提供的ＡＰＢ－ＡＨＢ总线桥只支持ＡＰＢ总
线和ＡＨＢ总线使用一个时钟域；为降低ＡＰＢ总线的
时钟频率，节省系统的功耗，自行设计了一个总线桥
模块。
ＭＰＭＣ（Ｍｕｌｔｉ－ＰｏｒｔＭｅｍｏｒｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）是一种高级
的存储器控制结构，通过ＡＨＢ总线来连接的外围设
备。由于ＡＲＭ公司的ＭＰＭＣ占用资源太多，门数多达
５５．９ｋ。因此，设计时采用了Ｓｙｎｏｐｓｙｓ公司的Ｍｅｍｏｒｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ模块，支持８位、１６位和３２位数据操作，其
门数只有５ｋ左右。通过ＭＰＭＣ控制器，可以接外部
ＳＲＡＭ和ＦＬＡＨ等存储设备。
ＶＩＣ（ＶｅｃｔｏｒｅｄＩｎｔｅｒｒｕｐｔＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）用于控制外围
设备向系统发起的中断，设计时直接ＡＲＭ公司提供
的ＩＰ，门数约为１３．４ｋ。
ＧＰＩＯ（ＧｅｎｅｒａｌＰｕｒｐｏｓｅＩｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）、ＳＰＩ（ＳｅｒｉａｌＰｅ－
ｒｉｐｈｅｒａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ）和ＵＡＲＴ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＲｅ－
ｃｅｉｖｅｒＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）是ＡＭＢＡ总线的从属模块，连接到
ＡＰＢ总线上，用于和外部设备的数据交互。其中ＵＡＲＴ
带有完全的调整解调器接口，可用于与ＲＳ２３２类型的
串口设备互连。而ＧＰＩＯ提供了８个可编程输入输出
接口，可用于键盘的输入输出。ＳＰＩ用于供ＬＣＤ显示输
出使用。这三个模块都直接使用ＡＲＭ公司的ＩＰ模块，
门数分别为１．６ｋ、８．９ｋ和７．５ｋ。
图４基带和射频模块结构图
Ｔｉｍｅｒ和Ｗａｔｃｈｄｏｇ模块也是ＡＭＢＡ从属模块，连
接到ＡＰＢ总线之上。其中Ｗａｔｃｈｄｏｇ狗是一个３２位的１４
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