基于ADSP-BF533、ADmC7019微转换器和FPGA实现智能车载终端的设计

引言

基于BF533的智能车载终端整合了高性能处理器、全球定位系统、全球移动通信系统GSM/GPRS、蓝牙耳机、TFT-LCD显示器、CMOS摄像头、FPGA逻辑接口、计算机网络等资源。主要实现的功能指标有：

*图像实时拍摄、处理功能：提供实时路面情况分析。

*实时定位功能：获得高精度的位置及状态信息。

*监控报警：监控中心通过数据分析可得出车辆位置并提供帮助。

*车载电话功能：可以实现蓝牙免提电话功能，保证语音通信。

*图像存储和文件管理：可存储压缩图像两百多幅，存储短信上千条。

*远程控制功能：提供485总线接口，利用手机短信实现汽车内设备的远程控制。

*上网功能：通过GPRS实现无线上网，同时也可以下载导航地图。

系统硬件设计

如图1所示，整个系统包括三个部分：智能车载终端、蓝牙耳机和服务器软件（提供GPRS下载和远程视频监控显示）。由于篇幅关系，服务器软件在这里不再论述。

图1 系统硬件结构

智能车载终端

·BF533核心处理器

BF533是ADI公司Blackfin系列的高性能体系结构的定点DSP。它具有两个MAC信号处理引擎，采用正交类RISC微处理器指令集，特有的专用视频指令使它在多媒体应用开发方面具有显著的优势，为以单DSP为核心开发较为复杂的多媒体系统提供可能。

·FPGA电路设计

为了使系统具有强大的扩展性，选用了EP1C6Q240。它是Altera公司Cyclone系列的中低档产品，有5980个LE单元，内部RAM 92kbits，PQFP240 封装，I/O 185个，2个PLL，还支持LVDS、DDR 等传输接口。它的配置使用最新型的AS配置方式，配置芯片是EPCS4（FLASH 结构、4Mbits ）。

·蓝牙手机和GPS接口

GPRS部分采用GR47芯片，它是Sony Ericsson公司生产的新一代GPRS模块，不仅能提供GSM语音、数据传输功能，还提供了GPRS数据传输功能。GPS部分采用高灵敏度的GR-87接收模块，它还支持NMEA0183 v2.2 标准信号格式及SiRF二位元编码。

·其他接口电路

显示器采用24位320×240的彩色LCD，只用了其中红、 绿、蓝各6位像素。同时配置了像素时钟和VM时钟信号。

CMOS摄像头采用OmniVision公司OV7660，ADmC7019通过SCCB接口对OV7660进行控制，包括对比度、亮度、饱和度、白平衡及自动曝光、同步信号位置及极性输出、帧速率和数据输出格式。

RS485总线是工业领域广泛应用的LSO/OSI模型物理层标准协议之一，采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器来驱动。

蓝牙耳机

·总体结构

蓝牙耳机主要包括几个部分：功能按键和状态指示、蓝牙模块BC-2通信部分、语音编解码电路、MIC及喇叭放大电路和电源电路。硬件总体结构如图2所示。

图2 蓝牙耳机硬件框图

·ADmC7019芯片

ADI公司的ADmC7019微转换器实现语音的软件编解码。它采用ARM7TDMI体系结构，运算速度可达45MIPS，支持16/32位精简指令集，具有最多16通道、高达1000kSps采样速率的12位A/D。

·语音编解码电路

实验发现，当采用GR47的单端音频模式时，由于系统主板电路复杂，而且 GR47处于发射状态时电流达到3A，蓝牙耳机接收到的音频信号背景噪声很大，因此选用差分模式，利用ADmC7019 自带的差分ADC完成音频信号的采样。

·音频电路和电源电路

MIC和音频功率放大电路选择微功耗的MAX9812和D类音频功放MAX9712，两者均有关断模式，关断模式下的电流为mA级。

采用LP2992将锂电池电压降为3.3V，ADmC7019提供一路A/D作为电压监测，主要起保护和电量低的告警作用，当锂电池电压过低时，为防止锂电池过度放电，ADmC7019先报警然后自动进入休眠模式。

当建立语音连接时平均电流为33.5mA，最大可达60mA，待机时平均电流为4.7mA。为了延长使用时间，耳机在不工作时尽量处于休眠模式（mA级），有电话时通过软件唤醒耳机进入工作状态。

系统软件设计

总体软件设计分为三大部分，第一部分为ADSP-BF533主控程序设计，采用ADI公司的Visual DSP++开发环境和C++/C++语言编程；第二部分为ADmC7019微控制器程序设计，采用Keil-ARM开发环境和C语言编程；第三部分为FPGA逻辑设计，采用VHDL语言编程，由于篇幅关系，FPGA部分不再论述。

ADSP-BF533的软件设计

由图3可知，BF533软件系统分为三个层次：硬件接口层、基本功能层和顶级应用层。其中，CMOS摄像头数据的实时读取与显示依靠两块SRAM，BF533也分配两块SDRAM缓存来提高系统的吞吐量，其工作流程如图4所示。

图3 BF533软件系统

图4 图像采集显示控制流程

ADmC7019的软件设计

采用两片ADmC7019来完成蓝牙耳机和智能车载终端协处理功能，智能车载终端上的ADmC7019主要完成音频编解码、GPS信息的解析、CMOS摄像头的初始化以及执行BF-533通过SPI总线发出的命令等功能；蓝牙耳机端的ADmC7019完成音频编解码、通话状态指示和按键控制、电源管理等功能。其具体控制流程如图5所示。

图5 ADmC7019总体软件流程图

图6 车载终端实物

测试结果

经过测试，本系统达到预期目标，实现引言所述的7条主要功能指标。具体实物如图6所示。