基于ARM的嵌入式网络收音机的设计
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。
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。
1系统的结构及工作原理
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 系统层次结构图
系统的硬件结构框图如图2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。网卡 芯片采用的是Cirrus Logic公司的一颗网络处理芯片CS8900。FLASH芯片采用的是 K9F5608，用来存储启动引导程序U-boot、内核及文件系统，SDRAM芯片采用的是HY57V281620，作为该系统的内存。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转换芯片选用的是飞利浦公司的UDA1341芯片，该芯片具有IIS接口，可以方便的 与S3C2410连接。
图2 系统硬件结构框图
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 系统的硬件设计
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。
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2.2 网络接口
系统的网卡芯片采用Cirrus Logic公司的一种局域网处理芯片CS8900，该芯片内部集成了RAM、10BASE-T收发滤波器，并且提供8位和16位两种接口。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。在Linux内核中，一般都含有CS8900的驱 动程序，使用时只需修改驱动与处理器的地址映射关系，并在配置内核的Device Driver选项中，选中CS8900项。
2.3 SDRAM存储器
本设计的SDRAM采用的是HY57V281620芯片。该芯片是一个数据宽度为16BIT，容量为16M字节的SDRAM。HY57V281620与S3C2410的连接图如图4所示。
HY57V281620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HY57V281620 的数据宽度为16位，它的每一个存储单元都包含2个字节。因此HY57V281620的A0引脚接到了S3C2410处理器的地址线ADDR01上面。 HY57V281620的容量为16MB，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。
3 系统的的软件设计
3.1 嵌入式Linux的移植
嵌入式Linux内核的版本很多，一般情况下版本越高，系统越稳定，驱动更完善，本系统选择了2.6.18的Linux内核。其实对于2.6以 后版本的Linux内核，对S3C2410的支持都有了很好的支持，所以移植过程都比较简单[3]。Linux2.6.18移植到S3C2410的基本步 骤如下：
(1)下载Linux2.6.18内核，并解压到相应目录。
(2)修改内核顶层目录下的Makefile文件，指明交叉编译器。进入Linux-2.6.18内核目录，输入命令vi Makefile，找到ARCH和CROSS_COMPILE两项，将其修改为ARCH = arm，CROSS_COMPILE = arm-linux-。
(3)设置PATH环境变量，使其可以找到交叉编译工具。输入su root，进入root，在输入vi/etc/bashrc，在结尾处加入以下行：export PATH="/usr/local/arm/3".4.4/bin:$PATH，然后重启终端或重新登陆即可。
(4) 设置Flash分区。首先要在arch/arm/mach-s3c2410/devs.c文件中添加分区信息，其次在arch/arm/mach- s3c2410/mach-smdk2410.c文件的smdk2410_devices[]的成员中添加&s3c_device_nand。这 样Linux内核启动时，就会对Flash分区的设置初始化。
(5)禁止Flash ECC校验。修改drivers/mtd/nand/s3c2410.c 文件，找到s3c2410_nand_init_chip()函数，在该函数体最后加上一条语句：chip->eccmode = NAND_ECC_NONE。
(6)配置内核。通过make menuconfig命令配置内核。
(7)编译内核，make zImage命令，得到Linux内核的映像文件zImage。
(8)制作根文件系统。
3.2 Mplayer移植
Mplayer是Linux下的一个多媒体网络播放器。它的主要功能是对接收到的各种格式的流媒体数据进行解码，同时也完成对接收的网络电台的 IP地址进行解析的任务。Mplayer支持mp3、ogg 和wma等多种格式的流媒体数据进行解码，是一个功能十分强大的开源应用软件。Mplayer的移植步骤如下：
(1)下载源代码MPlayer-current.tar.bz2，并解压。
(2)为了让mplayer支持在线播放，从而能够播放网络电台，还必须下载安装网络协议包(主要指RTSP、MMS等协议)。可从www.live555.com上下载live555协议包，解压后配置并编译。
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(3)配置mplayer的命令格式如下：
./configure --cc=arm-linux-gcc --target=arm-armv4-linux --enable-static --disable-win32 --host-cc=gcc --disable-dvdread --enable-fbdev --disable-mencoder --disable-mp3lib --enable-mad --enable-libavcodec --enable-live --with-livedir=/live555的目录/ --2>&1 | tee logfile。
其中，--host-cc=gcc是用来编译一些需要在host上执行的中间文件的，如codec-cfg。--cc=arm-linux- gcc 是用来指定交叉编译工具。关于 --target=arm-armv4l-linux这个参数要注意的是它被分为三部分，第一部分的arm是指arch，这里设定为arm;第二部分的 armv4l是指具体的版本;第三部分是系统平台。--enable-static是设定静态连接。--2>&1 | tee logfile意思是将执行的情况在输出到屏幕的同时记录到logfile文件中，在控制台下编译比较有用。
(4)输入make命令开始编译，编译完成后在顶层目录生成mplayer可执行文件。
3.3软件主流程图
系统主流程图如图5所示。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，通过运行DHCP Clieant向DHCP Server申请获取本系统IP地址。然后系统自动访问默认的电台服务器，该服务器上有最近更新的世界各地的网络电台的URL地址，系统下载该列表，并更 新上次保存的列表。然后系统判断有无按键按下，若有按键按下，系统根据按键选择相应网络电台，若在一定时间段内没有按键按下，系统自动连接电台列表的第一 个电台地址，并开始播放该网络电台。同时，LCD将显示电台的有关信息和系统信息。在播放过程中，同样可以根据按键来中断、选择网络电台。
图5 系统主流程图
4 结束语
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。
本文作者创新点:
1、首次提出了用嵌入式技术设计网络收音机的系统设计方案，极具创新特点。
2、实现了Mplayer软件在Linux系统平台下向ARM9的移置。
参考文献
[1] 周立功等.ARM 微控制器基础与实践[M].北京航空航天大学出版社，2003.7.
[2]李侃,廖启征. 基于s3c2410平台与嵌入式Linux的图像采集应用[J].微计算机信息， 2006，3-2：125-127.
[3] 孙琼. 嵌入式Linux应用程序开发详解[M]. 人民邮电出版时, 2006.7.
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