基于ARM9的智能导游仪设计

引言

　　随着微电子技术和超大规模集成电路的发展，嵌入式微处理器技术已日趋成熟。嵌入式技术不但在工控系统、智能仪表、检测系统、测控单元等工业应用中有杰出表现，而且越来越深入地应用于各种消费类电子产品中。

　　智能导游讲解系统主要分为两个模块：第一个模块是定位端，第二个模块是手持导游仪。定位端安装在各景区和各景点，可以发射所处景点的代码。手持导游仪则可接收定位端发射的代码，然后通过解码获得景点的位置信息。以便根据景点位置信息为游客显示、播放该景点位置的导游影音文件。

　　本文主要介绍一种基于ARM9处理器的新型智能导游仪的设计方案。这种导游仪是基于ARM处理器强大的处理能力和丰富的外设设计来实现的。游客可以通过触摸屏操作来获得自己所需的信息，而且也可利用设备端与PC机的USB接口来完成导游影音文件的随时更新，其附加的多媒体播放功能还可以开拓ARM处理器在多媒体数码系统中的应用功能。

　　1 系统整体硬件设计

　　该导游仪主要由ARM处理器、音频处理模块、触摸显示模块、FLASH存储模块等组成。　　

　　本设计中的核心处理器和操作系统分别选定三星公司基于ARM9内核的S3C2410X01处理器和目前比较流行的嵌入式操作系统Linux操作系统。

　　S3C2410X01处理器是一种基于ARM920T内核的16／32-bit RISC CPU，拥有独立的16KB指令和16KB数据CACHE、MMU虚拟内存管理单元、NAND Flash boot loader、系统管理单元(SDRAM处理器等)、3通道UART、4通道DMA、4通道具备PWM功能的定时器、IO口、RTC(实时时钟)、8通道10 bit精度ADC和触摸屏处理器、IIC总线接口、IIS数字音频总线接口、USB HOST、USBDEVICE、SD／MMC卡处理器、集成LCD处理器(支持STN和TFT)、2通道SPI和PLL数字锁相环等。该处理器集成度高、功能强大，适用于便携设备和其它工控设备，如指纹识别器、车载系统等。

　　本导游仪中的接收模块主要用于接收IDCode。出于小体积、低功耗、有效范围可控、便于跳频的角度考虑，本设计选用Nordic公司的nRF401单片UHF无线收发芯片，并让其工作在433 MHz ISM (Industrial，Scientific and Medical)频段。由于采用了FSK调制解调技术，因而其抗干扰能力很强。而采用PLL频率合成技术，可使其频率稳定性更好，该系统的发射功率最大可达10dBm，接收灵敏度最大为-105 dBm，数据传输速率可达20 kbps，工作电压在+3～5 V之间，同时nRF401无线收发芯片所需的外围元件也较少。nRF401芯片内包含有发射功率放大器(PA)、低噪声接收放大器(LNA)、晶体振荡器(OSC)、锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、混频器(MIXFR)、解调器(DEM)等电路。在接收模式中，nRF401被配置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制数字信号被低噪声放大器放大后，再经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后将其变换成数字信号输出(DOUT端)。而在发射模式中，数字信号则经DIN端输入，然后经锁相环和压控振荡器处理后进入发射功率放大器的射频输出。由于采用了晶体振荡和PLL合成技术，故其频率稳定性极好；而采用FSK调制和解调技术则可使抗干扰能力更强。

　　本系统中的USB通信子系统的设计目标是通过USB接口。并利用USB协议来实现与PC机及USB设备的数据交换和数据传输。即设备端通过USB接口载入导游影音文件并将其保存在Flash存储单元中，再由ARM处理器完成影音数据向音频处理模块和LCD显示模块的传送。音频处理模块和LCD显示模块可以实时处理并播放影音数据，从而完成对各旅游景点的综合描述。

　　2 系统软件设计

　　导游仪的软件要负责处理nRF401的接收数据，同时要调用和处理相应的导游文字、图片、语音信息，还要及时响应用户的触摸操作，并管理图形用户界面(GUI)、用户时钟和存储景点信息，此外，还要与各外围器件进行通信和接口。若采用传统MCU的前后台系统编写程序，其复杂性可想而知。因此，采用体积小、速度快、具有较好裁减性、扩展性和可移植性的实时嵌入式操作系统(RTOS)则成为必然选择。考虑到Linux操作系统可以完全开放源代码。且硬件兼容性较好，可以移植到不同处理器上，本系统选用Linux操作系统并通过ARM处理器来完成设计。

　　嵌入式系统软件设计主要包括操作系统、驱动程序和应用程序。本系统对基于2.6.9版本的Linux内核进行了定制裁减，其驱动程序主要是触摸屏的驱动，应用程序则用于多媒体播放。这些软件应根据嵌入式开发流程来建立开发环境。