一種基于ARM和PoE的嵌入式系統的網絡廣播設計方案

1 系統結構

　　系統由音頻放大器LM48510、音頻處理器、以太網供電和以太網數據通信等組成。從前端到后端依次經過音頻放大器LM48510→ARM926EJS→PoE/Network等幾個處理過程，實現以太網供電的網絡廣播。系統的硬件結構如圖1所示。

　　圖1 系統硬件結構

　　2 系統的硬件設計

　　2.1 ARM926EJS相關設計

　　ARM926EJS處理器是通用微處理器ARM9家族的一員，屬于5TEJ版ARM架構。針對的是多任務應用，全存儲器管理、高性能、小核心尺寸和低功耗都是其重要的特點。ARM926EJS處理器支持32位ARM 16位Thumb指令集，使得用戶能在高性能和高代碼密度上取得平衡。應用ARM926EJS軟核處理器的解決方案，打造具有綜合功能、可配置的緩沖存儲系統，增強芯針對音頻/視頻、語音和多媒體等消費電子的需求。

　　ARM926EJS作為系統的CPU，捕獲microphone的音頻信號，通過音頻信號處理器實現數字音頻信號，完成編碼處理后，通過AHB總線DMA至外部SDRAM。經過音頻放大器LM48510[3]相關處理后，送至Ethernet MAC從網口輸出，送給揚聲器。此外，ARM926EJS具有豐富的外設及I/O，這對將來的系統升級也提供了很大的便利。

　　2.2 PoE電源設計

　　2.2.1 PoE供電的工作過程

　　首先，PSE設備在端口輸出很小的電壓，直到其檢測到線纜終端的連接為一個支持IEEE 802.3af標準的受電端設備。當檢測到受電端設備PD之后，PSE設備可能會為PD設備進行分類，并且對此PD設備所需的功率損耗作出估計。在一個可配置時間（一般小于15 μs）的啟動期內，PSE設備開始從低電壓向PD設備供電，直至提供48 V的直流電源。為PD設備提供穩定可靠48 V的直流電，滿足PD設備不越過15.4 W的功率消耗。若PD設備從網絡上斷開時，PSE就會快速地（一般在300～400 ms）停止為PD設備供電，并重復檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設備。POE供電原理圖如圖2所示。

　　圖2 PoE供電原理圖

　　2.2.2 以太網供電控制器LTC4267

　　Linear Technology推出 IEEE 802.3af以太網供電（PoE）控制器 LTC4267[2]，它具有集成開關穩壓器，極大簡化了受電設備（PD）設計。LTC4267包括一個恒定頻率電流模式的片上DC/DC控制器，它易于定制成滿足多種電源電壓和負載電流的要求。恒定頻率工作可維持在非常輕的負載情況，從而使所產生的低頻噪聲最小化。

　　3 系統的軟件設計

　　軟件系統包括系統引導程序Bootloader，嵌入式操作系統及上層應用程序。其中Bootloader是運行于操作系統之前的引導程序，主要任務是完成系統啟動之前必要的硬件初始化和操作系統加載；操作系統是整個嵌入式平臺的核心程序，主要功能是高效地管理和分配底層硬件資源，并為上層應用程序提供與硬件細節無關的系統調用接口。

　　系統初始化程序還要完成系統的網絡分配、音頻相關參數配置，并關閉不用的外設以盡可能地降低功耗。

　　軟件系統還包括網絡廣播關鍵的TCP/IP、UDP協議庫。應用軟件包括完成文件系統管理、 網絡服務、 郵件發送、文件傳送、偵測報警等。網絡服務程序完成把語音發送到網絡的某個端口，以供其他網絡設備來訪問。

　　4 結語

　　本文介紹了以ARM926EJS微控制器為核心的網絡廣播設計與實現，網絡供電模塊LTC4267是恒定頻率電流模式的片上DC/DC控制器，音頻放大器LM48510無需加設外置升壓轉換器，便可確保新產品的輸出功率保持穩定。目前，ARM926EJS在音頻/視頻、語音和多媒體等消費電子領域有著廣泛的應用。因此，該系統具有廣闊的應用前景。