基于ARM的嵌入式网络收音机的设计

嵌入式系统设计原理及应用课程
大作业
题目：基于ARM的嵌入式网络收音机的设计学号：07080605202
姓名：阿依恒古丽
班级：计科07-1
指导老师：孙晓杰
基于ARM的嵌入式网络收音机的设计
一、需求分析
1.1 问题的提出
收音机作为接收广播的工具，经过漫长的发展过程，由单波段发展到多波段，由电子管，晶体管发展到集成电路，由机械调谐发展到数字调谐功能等，其技术和品质都有了长足的进步。

如今，在收音机这个家族中新的成员也在不断加入,如卫星广播接收机等。

当社会进入网络时代后，更是出现了网络收音机这种跨越全球的信息接收设备。

但是，目前这种网络收音机大多是通过基于PC机上的软件开发来实现的其功能的，也就是说这种网络收音机不能脱离电脑这种相对比较大的和比较昂贵的设备。

1.2 可行性分析：
经济可行性分析：
为了克服PC机形式的网络收音机的缺点，本文研究了一种基于ARM的嵌入式技术的网络收音机的设计方案。

该方案以ARM处理器及其外围模块作为硬件平台,以嵌入式Linux作为操作系统，以Mplayer作为网络播放软件，再配合设计的用户应用程序，共同实现了嵌入式网络收音机的全部功能。

这种设计方法在网络收音机的设计史上是一个创新。

同时，随着网络技术的高速发展，该设计将具有极好的市场应用前景。

技术可行性分析：
收音机作为接收广播的工具，经过漫长的发展过程，由单波段发展到多波段，由电子管，晶体管发展到集成电路，由机械调谐发展到数字调谐功能和质量有了长足的进步，在收音机这个家族中新的成员也在不断加入,如卫星广播接收机等，当社会进入网络时代后,便出现了网络收音机
1.3需求分析:
系统的硬件结构框图如图1所示。

本系统选用的ARM处理器是Sumsing(三星)公司的一款ARM9系列的芯片，型号为S3C2410。

有线网卡芯片采用CS8900，该芯片是Cirrus Logic公司生产的一种局域网处理芯片，它的封装是100-pin TQFP，内部集成了RAM、10BASE-T收发滤波器，并且提供8位和16位两种接口。

无线网络接口采用无线网卡模块，该模块为USB接口，通过USB接口与S3C2410相连。

FLASH芯片采用 K9F5608，用来存储启动引导程序U-boot、内核及文件系统，SDRAM芯片采用HY57V281620，作为该系统的内存。

LCD选用16*4的字符型液晶显示模块，用来显示网络电台、音频文件名等相关信息。

音频D/A转换芯片选用具有IIS接口的UDA1341。

二、规格说明
2.1 硬件部件介绍
系统的层次结构如图1所示。

系统以S3C2410及其外围电路为硬件平台，以嵌入式Linux和设备驱动程序作为系统的软件平台，为上层Mplayer播放器和用户应用程序提供用户接口支持[1]。

在这三层结构的支持下，共同来实现嵌入式网络收音机的全部功能。

图 1 硬件结构框图
图2系统层次结构图
系统在Linux提供的TCP/IP协议的支持下，通过应用程序和Mplayer控制，经过网卡连接到internet上指定的网络电台服务器，下载网络电台列表。

系统支
持在按键的控制下的网络电台选择和LCD上显示电台信息等功能。

Mplayer解析出选中的电台的IP地址后，再连接到要收听的电台的网站，系统便可以接收并解析出该网站发出的流媒体数据。

系统将接收到的流媒体数据保存到SDRAM中。

之后，经过Mplayer的解码，送到音频D/A转换芯片，即可收听到该网络电台播放的声音等信息。

2.2系统硬件结构
2.2.1 S3C2410
本系统的硬件核心平台采用的是Samsung 公司的处理器S3C2410。

该处理器内部集成了ARM 公司ARM920T 处理器核的32 位微控制器,资源丰富,带独立的
16KB 的指令Cache 和16KB 数据Cache、MMU虚拟内存管理单、LCD 控制器、RAM 控制器、NAND 闪存控制器、3 路UART、4路DMA、4 路带PWM的Timer、并行
I/O 口、8 路10 位ADC、Touch Screen 接口、I2C 接口、I2S 接口、2 个USB 接口控制器、2 路SPI,主频最高可达203MHz[2]。

其内部结构如图3所示。

图3 S3C2410内部结构图
S3C2410提供了多种存储设备的接口，其中包括接ROM、SRAM、SDRAM、NOR Flash、NAND Flash等，同时S3C2410的外接存储空间被分为8个bank，每个容量为128M。

本系统中Flash存储器（Boot SRAM）、网络接口（NET）、LCD Frame Buffer和SDRAM存储器分别映射到存储空间的bank0、bank1、bank2和bank6。

如图4所示。

图4 存储空间映射
2.2.2网路接口
本系统分为有线网络接口和无线网络接口，有线网络接口选用CS8900芯片局域网处理芯片，其片选信号连接到S3C2410的nGCS1，因此网卡的地址空间映射到0X08000000~0X0FFFFFFF。

无线网络采用带有USB接口的WLAN（Wireless Local Area Nerwork）卡，插入系统的USB接口即可。

三、体系结构的设计
3.1系统工作流程图
系统上电后，bootloader(U-boot)启动，完成硬件设备的初始化，并引导系统内核启动。

系统启动执行初始化任务后，首先配置网络连接，通过DHCP Clieant向DHCP Server申请获取IP地址。

然后系统自动访问电台服务器，该服务器上有最近更新的世界各地的网络电台的URL地址，系统下载到该列表并更新原有列表后，自动连接列表的第一个网络电台。

若在该过程中有按键产生，系统根据按键类型及当前状态调用相应的功能。

系统主流程图如图7所示。

(a)
(b)
图7 系统主流程图
四、系统的电路图
SDRAM存储器
HY57V28160是一个数据宽度为16BIT，容量为16M字节的SDRAM芯片。

HY57V28160与S3C2410的连接图如图5所示。

图5 HY57V28160电路图
SDRAM的地址空间映射到存储空间的bank6，如图5所示，HY57V28160的ncs引脚接到处理器的nGCS6。

由于在处理器的存储空间中，字节是存储容量的唯一单位。

而SDRAM（HY57V28160）的数据宽度为16，它的每一个存储单元都包含2个字节。

因此SDRAM（HY57V28160）的A0引脚接到了S3C2410处理器的地址线ADDR01上面。

HY57V28160的容量为16M（2^24）字节，因此它需要ADDR00~ADDR23共24跟地址线来寻址，所以，BA0~BA1引脚应该接到
ADDR22~ADDR23地址线上。

Flash存储器
本系统中，Flahs存储器主要用于存储U-boot、Linux内核及文件系统。

常见的Flash存储器有NOR Flash和NAND Flash，两种Flash各有优缺点。

本系统综合考虑了各项因素，选用了16M*16BIT的NAND Flash，型号为K9F5608。

系统启动时，CPU从0x00000000地址开始运行，所以要将Flash的首地址映射到0x00000000，因此该Flash芯片的片选引脚要接到nGCS0，其电路图设计如图6所示。

图6 flash电路图
五、构建设计与测试
本设计基于ARM的嵌入式技术，通过软硬件等三层结构，实现了一个嵌入式网络收音机系统。

该系统克服了PC机形式的网络收音机的诸多缺点，是一个极具创新思维的设计。

随着网络技术和嵌入式技术的高速发展，该设计具有很好的市场应用前景和科研价值。