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嵌入式藍牙PSTN語(yǔ)音接入點(diǎn)的設計與實(shí)現
摘要：首先，闡述藍牙在公共交換電話(huà)網(wǎng)絡(luò )PSTN中的一種應用——三合一電話(huà)。然后，分別從硬件、驅動(dòng)程序、應用軟件三個(gè)方面進(jìn)行詳細介紹。最后，給出測試結果，并提出改進(jìn)方案。引言
源碼開(kāi)放的μClinux由于其強大的網(wǎng)絡(luò )功能和較低的成本，得到了廣泛的應用。嵌入式藍牙公共交換電話(huà)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系統上開(kāi)發(fā)的一種具有廣闊前景的應用。其應用場(chǎng)景如圖1所示。
藍牙GSM雙模手機在進(jìn)入藍牙PSTN語(yǔ)音接入點(diǎn)的信號覆蓋范圍后，即自動(dòng)通過(guò)接入點(diǎn)在PSTN網(wǎng)絡(luò )上登記，這樣用戶(hù)的話(huà)務(wù)就被轉移到PSTN網(wǎng)絡(luò )，使用時(shí)只需繳納固定電話(huà)費；網(wǎng)關(guān)具有小型交換機的功能，可以為多個(gè)藍牙手機提供類(lèi)似的服務(wù)；而且同一個(gè)接入點(diǎn)信號覆蓋范圍之內的藍牙手機間，還可以不經(jīng)過(guò)PSTN直接進(jìn)行相互間通話(huà)，就像對講機一樣，不用付費。本文主要介紹接入點(diǎn)軟硬件以及設備驅動(dòng)程序的設計與實(shí)現。
1 硬件的設計與實(shí)現
嵌入式藍牙PSTN語(yǔ)音接入點(diǎn)的硬件系統框圖如圖2所示。整個(gè)接入點(diǎn)主要由網(wǎng)關(guān)控制模塊、電話(huà)線(xiàn)路接口模塊和藍牙收發(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)軟件的運行平臺。ΜClinux操作系統運行于此硬件平臺之上，而所有應用軟件又運行于操作系統之上。復雜的控制流程以及大量的外擴模塊要求MPU具有較強的處理能力。經(jīng)多方權衡，本設計最終選用了Motorola公司的ColdFire嵌入式處理器MCF5272。
MCF5272內部的SRAM和ROM對于運行μClinux操作系統是遠遠不夠的。本設計對MCF5272的RAM和ROM進(jìn)行了擴充，外擴了16MB的SDRAM和4MB的Flash ROM。這樣的存儲器配置不僅滿(mǎn)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(huà)線(xiàn)路接口模塊
電話(huà)線(xiàn)路接口模塊是網(wǎng)關(guān)和PSTN的接口，由線(xiàn)路切換繼電器、電話(huà)線(xiàn)接口芯片、DTMF接收電路、DTMF發(fā)送電路和FSK解調及振鈴接收電路組成。它通過(guò)MCF5272的12根GPIO線(xiàn)和4個(gè)外部中斷線(xiàn)和網(wǎng)關(guān)控制模塊相連。線(xiàn)路切換繼電器用于實(shí)現電話(huà)線(xiàn)上的信號在振鈴接收電路和語(yǔ)音電路之間的切換，即實(shí)現摘機掛機的功能。在待機狀態(tài)下繼電器觸點(diǎn)切換在振鈴接收電路一側，等待接收振鈴信號。當需要摘機時(shí)，MCF5272控制繼電器切換到話(huà)音電路一側。
電話(huà)線(xiàn)路接口芯片選用Philips公司的TEA1062A。TEA1062A把電話(huà)線(xiàn)上送來(lái)的模擬語(yǔ)音信號放大后發(fā)送到藍牙收到模塊的PCM編解碼器；相反，也把PCM編解碼器送來(lái)的語(yǔ)音信號放大后，放到電話(huà)線(xiàn)上傳輸。此外，它還提供了消側音、自動(dòng)增益控制等功能。
網(wǎng)關(guān)還需具備轉發(fā)來(lái)電顯示信息的功能。常見(jiàn)的來(lái)電顯示標準分為DTMF和FSK兩種。我國的來(lái)電顯示國家標準是FSK制式的，大部分PSTN交換機也支持FSK標準的來(lái)電顯示信息；但是也有少量PSTN交換機和一些用戶(hù)內部交換機發(fā)送的是DTMF標準的來(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交換機撥號和普通的電話(huà)一樣，采用DTMF信號，同時(shí)也可以用DTMF信號向PSTN交換機發(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 藍牙收發(fā)模塊
藍牙收發(fā)模塊包括藍牙射頻電路、基帶處理電路和PCM編解碼電路，通過(guò)MCF5272的UART1和網(wǎng)關(guān)控制模塊相連。語(yǔ)音信號通過(guò)PCM編解碼器MC145483和電話(huà)接口芯片TEA1062A連接。語(yǔ)音信號通過(guò)PCM編解碼器MC145483和電話(huà)接口芯片TEA1062A連接。MCF5272把藍牙模塊接收到的數據通過(guò)協(xié)議棧解釋為摘機、掛機、撥號、來(lái)電顯示等命令，并通過(guò)數據線(xiàn)控制電話(huà)語(yǔ)音接收與撥叫電路的各種操作。PSTN市話(huà)網(wǎng)用戶(hù)線(xiàn)與電話(huà)線(xiàn)路接口模塊連接，電話(huà)線(xiàn)路接口模塊把外部PSTN電話(huà)網(wǎng)的振鈴信號和來(lái)電顯示信息通過(guò)數據線(xiàn)傳遞給MCF5272。MCF5272再把這些信號通過(guò)藍牙軟件棧打成數據包并送給藍牙模塊，由藍牙模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道發(fā)送給終端。電話(huà)線(xiàn)上的模擬語(yǔ)音信息通過(guò)PCM編解碼器編碼后經(jīng)藍牙模塊發(fā)送給終端，同時(shí)藍牙模塊接收終端發(fā)送過(guò)來(lái)的語(yǔ)音數據，經(jīng)過(guò)PCM編解碼器解碼，形成模擬語(yǔ)音信號，通過(guò)電話(huà)接口芯發(fā)送到電話(huà)線(xiàn)上。本設計中的藍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(kāi)關(guān)、濾波器和一些外圍電路組成。
2 驅動(dòng)程序的設計與實(shí)現
2.1 μClinux設備驅動(dòng)程序概述
在μClinux下，所有的硬件設備都被視為文件，從設備接收輸入數據和將輸出送到設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()等系統調用。應用程序通過(guò)系統調用和內核交互，而內核則通過(guò)設備驅動(dòng)程序和具體硬件交互，如圖3所示。一般來(lái)說(shuō)，操作系統內核需要訪(fǎng)問(wèn)三類(lèi)主要設備：字符型設備、塊型設備以及網(wǎng)絡(luò )設備。本接入點(diǎn)的驅動(dòng)程序屬于字符設備驅動(dòng)程序。
每個(gè)驅動(dòng)都
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