一种基于ARM和PoE的嵌入式系统的网络广播设计方案

  1  系统结构

系统由音频放大器LM48510、音频处理器、以太网供电和以太网数据通信等组成。从前端到后端依次经过音频放大器LM48510→ARM926EJS→PoE/Network等几个处理过程，实现以太网供电的网络广播。系统的硬件结构如图1所示。

图1  系统硬件结构

2  系统的硬件设计

2.1  ARM926EJS相关设计

ARM926EJS处理器是通用微处理器ARM9家族的一员，属于5TEJ版ARM架构。针对的是多任务应用，全存储器管理、高性能、小核心尺寸和低功耗都是其重要的特点。ARM926EJS处理器支持32位ARM 16位Thumb指令集，使得用户能在高性能和高代码密度上取得平衡。应用ARM926EJS软核处理器的解决方案，打造具有综合功能、可配置的缓冲存储系统，增强芯针对音频/视频、语音和多媒体等消费电子的需求。

ARM926EJS作为系统的CPU，捕获microphone的音频信号，通过音频信号处理器实现数字音频信号，完成编码处理后，通过AHB总线DMA至外部SDRAM。经过音频放大器LM48510[3]相关处理后，送至Ethernet MAC从网口输出，送给扬声器。此外，ARM926EJS具有丰富的外设及I/O，这对将来的系统升级也提供了很大的便利。

2.2  PoE电源设计

2.2.1  PoE供电的工作过程

首先，PSE设备在端口输出很小的电压，直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE 802.3af标准的受电端设备。当检测到受电端设备PD之后，PSE设备可能会为PD设备进行分类，并且对此PD设备所需的功率损耗作出估计。在一个可配置时间（一般小于15 μs）的启动期内，PSE设备开始从低电压向PD设备供电，直至提供48 V的直流电源。为PD设备提供稳定可靠48 V的直流电，满足PD设备不越过15.4 W的功率消耗。若PD设备从网络上断开时，PSE就会快速地（一般在300～400 ms）停止为PD设备供电，并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。POE供电原理图如图2所示。

图2  PoE供电原理图

2.2.2  以太网供电控制器LTC4267

Linear Technology推出 IEEE 802.3af以太网供电（PoE）控制器 LTC4267[2]，它具有集成开关稳压器，极大简化了受电设备（PD）设计。LTC4267包括一个恒定频率电流模式的片上DC/DC控制器，它易于定制成满足多种电源电压和负载电流的要求。恒定频率工作可维持在非常轻的负载情况，从而使所产生的低频噪声最小化。

3  系统的软件设计

软件系统包括系统引导程序Bootloader，嵌入式操作系统及上层应用程序。其中Bootloader是运行于操作系统之前的引导程序，主要任务是完成系统启动之前必要的硬件初始化和操作系统加载；操作系统是整个嵌入式平台的核心程序，主要功能是高效地管理和分配底层硬件资源，并为上层应用程序提供与硬件细节无关的系统调用接口。

系统初始化程序还要完成系统的网络分配、音频相关参数配置，并关闭不用的外设以尽可能地降低功耗。

软件系统还包括网络广播关键的TCP/IP、UDP协议库。应用软件包括完成文件系统管理、 网络服务、 邮件发送、文件传送、侦测报警等。网络服务程序完成把语音发送到网络的某个端口，以供其他网络设备来访问。

4 结语

本文介绍了以ARM926EJS微控制器为核心的网络广播设计与实现，网络供电模块LTC4267是恒定频率电流模式的片上DC/DC控制器，音频放大器LM48510无需加设外置升压转换器，便可确保新产品的输出功率保持稳定。目前，ARM926EJS在音频/视频、语音和多媒体等消费电子领域有着广泛的应用。因此，该系统具有广阔的应用前景。