基于的新一代公用信息终端ARM设计

1 信息终端的总体设计

    信息终端属于公用电话领域，在功耗，接入方式，操作方便性等方面都有特殊要求，因此采用标准的嵌入式系统设计。

    信息终端的处理器选用SoC嵌入式处理器 ARM7系列中的EP7312。处理器采用ARM7TDMI的处理器内核，有8k字节高速缓冲存储器（CACHE），支持MMU，带64路TLB（translation look-aside buffer）；写缓冲器。超低功耗（典型值）74MHz工作状态时为90mW， 18MHz工作状态时为30mW，空闲状态时为10mW（CPU时钟停止，其余工作），挂起状态时<1 mW（实时时钟工作，其余停止工作）。

    操作系统采用NUCLEUS嵌入式操作系统。 NUCLEUS嵌入式操作系统提供源代码，用户能够深入地了解底层内核的运作方式，并可根据自己的特殊要求改动系统软件。它采用了先进的微内核（Micro-kernel）技术，在优先级安排，任务调度，任务切换等各个方面都有相当大的优势，对防止优先级倒转等的方面都有一定的独到之处。而且，能够结合 Paradigm，SDS以及 ATI自己的多任务调试器组成功能强大的集成开发环境。另外 NUCLEUS除提供功能强大的内核操作系统外，还提供种类丰富的功能模块。

     信息终端利用ISDN接入公用互联网，由于 ISDN交换机有远供的能力（可以提供1W的电力），接入终端不需要外接电源，接入方式简单。这对于一种公用电话的替代产品来说是非常理想的。而且ISDN网性能稳定，使用灵活，技术成熟。信息终端可以充分利用ISDN的两个B通道可以给用户提供一种公用互联网接入方式，在这个平台基础上就可以开发出各种形式的增值服务。

2 信息终端的硬件设计

    信息终端硬件的核心是终端主板，它负责管理键盘扫描、外围状态监测等。LCD接口提供 320×240分辨率的显示屏用以显示数据、图像，以及与用户交互信息。另外，由于信息终端属于公用电话系统，还需包含读卡器板、功能键盘板、门开及摘挂机检测等功能模块。

    本系统充分利用ISDN交换机的供电能力，电源板从ISDN线路取电，经变换后向主板提供+5V和+3.3V电源。自带后备电池，保证在线路掉电时，能完成正在进行的操作和保存记录。主板的原理框图如图1所示。

    主板由嵌入式处理器（EP7312）、FLASH （INTEL公司的28F320C3）、SDRAM（W986416DH）、ISDN参考模型中的U接口控制芯片（MC145576）、声音编解码芯片（MC145481）、ISDN数据链路控制芯片（HFC- S+）等芯片组成。

    EP7312通过总线对FLASH、SDRAM、HFC-S+进行控制。处理器通过对HFC-S+进行控制，实现ISDN 通话及通信的功能。MC145576芯片主要完成ISDN参考模型中的S/T接口和U接口之间转换。主板上集成8M的FLASH存贮空间，分为两个部分，其中3M作为程序空间，剩下存放和MS- DOS4兼容的文件系统。HFC-S+支持B通道和D通道高级数据链路控制（HDLC），向外提供GCI总线、FIFO控制等。MC145481 CODEC芯片是一个PCM编解码芯片，它实现声音的数字化和重组。

    在EP7312的键盘扫描各口线上都加上双向过压保护二极管BAV99及防短路的电阻，提高了防静电能力及防短路能力。主板时钟芯片采用PHILIPS的 PCF8563芯片以防止停振。

3 信息终端的软件设计

    本系统的软件主要分为启动代码，芯片驱动程序设计，操作系统和ISDN协议栈的移植，应用程序的设计等。系统软件结构如图2。

3.1 启动代码的设计
    启动代码在信息终端的设计中是很重要的一环，它是EP7312处理器在冷启动后首先执行的一段代码，用ARM汇编指令编写。在这一段程序中要执行一些必须的初始化任务 ，例如中断向量表的初始化、SDRAM控制器初始化、存储器管理单元（MMU）初始化等等。

    设置入口指针：启动程序首先必须定义入口指针，而且整个应用程序只有一个入口指针。

    设置中断向量表：ARM7要求中断向量表必须设置在从0地址开始，连续8×4字节的空间，分别是复位、未定义指令错误、软件中断、预取指令错误、数据存取错误、IRQ、FIQ和一个保留的中断向量。

    初始化堆栈和CPU寄存器：系统堆栈初始化取决于用户使用的中断，以及系统需要处理的错误类型。还需要设置CPU相关的寄存器，以确定系统使用的SDRAM和其它外设芯片的刷新频率，数据总线宽度等信息。 [page]

    初始化存储器系统：系统集成有MMU来管理内存空间。

    改变处理器模式、状态：本系统让处理器一直处于超级用户模式。

    初始化C语言所需的存储器空间：在初始化期间应将系统需要读写的数据和变量从

    FLASH拷贝到SDRAM里。并要对一些全局的数据进行初始化，如BSS数据段。

    跳转到C程序入口：启动代码跳到C程序的入口，开始一段NUCLEUS操作系统的初始化和应用程序初始化的代码。

    启动代码的流程框图如图3。

3.2 ISDN协议栈的移植
    信息终端通过ISDN网接入INTERNET，因此必须在操作系统之上移植ISDN协议栈。本文采用的ISDN用户-网络接口协议栈和X.25协议栈是来自 ISDN-BRICKS的商用软件包，它满足ITU-T的I.430、Q.921、Q.931、X.25和X.31以及相应的中国标准[1～5]。

    ISDN和X25协议栈软件包是一个按照相关标准编写的通用软件包。该软件包按多进程/多任务操作系统环境设计，支持不同的实现环境，如操作系统、CPU和编译系统等。一个多进程/多任务操作系统环境一般必须具有以下功能：进程/任务调度、进程/任务之间的通信、共享资源的互斥访问、内存管理以及定时管理。但是，即使同是多任务操作系统，也还存在着实现机制和函数调用句法的不同。NUCLEUS虽是一个能提供上述功能的实时操作系统，但通用的ISDN和X25协议栈软件包必须经过移植，才能在NUCLEUS操作系统下运行。因此，ISDN和X25协议栈软件包的移植工作必须在以下几个方面进行：

（1）将创建SERVER移植为创建NUCLEUS的任务；

共享资源，如消息块、数据缓冲区块、定时管理单元数据块以及动态分配内存块；

（3）将对通用邮箱的收发操作移植为对 NUCLEUS的消息队列的收发操作；

（4）将对共享资源的锁定管理移植为对 NUCLEUS的信号灯的管理；

（5）将定时管理模块移植为NUCLEUS的定时超时函数；

（6）将通用的禁中断操作移植为NUCLEUS的禁中断操作。

3.3 应用程序设计要点
    应用程序包括主控模块，广告模块，维护模块，语音模块，输入法，浏览器等。

    在设计过程中要注意以下几点：

    注意内存释放：内存申请一定要释放，特别是程序在对错误进行处理的时候。

    特定地址保护：嵌入式操作系统并不像WIN DOWS操作系统那样对一些重要的地址都作了保护。因此在写应用程序时要特别注意指针的运用，不能让非法指针出现。

    注意多任务的环境：因为在嵌入式系统中每个模块都有自己的任务，当前任务的运行不能影响其它模块。

4 结束语

     本文所介绍的信息终端在硬件上具有性能稳定，功耗极低，接入方式简便，使用方便的特点。在操作系统移植和驱动程序的开发上与硬件紧密结合，具有良好的入网兼容性，人机交互良好等特点。目前，该系统已经成功应用于全国大部分的电信公话局，总装机达两万台，取得良好经济和社会效益。

参考文献：
[1] EP7312 Datasheet.Cirrus Logic, Dec., 1999.
[2] Stallings W.Networking standars : a guide to OSI,ISDN,LAN, and MAN standars. Addison-Wesley , 1993
[3] ISDN-BRICKS System Management Interface Guide. NETBRICKS SA, 2000.9.
[4] Nucleus PLUS Reference Manual Accelerated Technology, Inc. 2001. [5] 王京林 岳春生 张海英 ARM7在嵌入式应用中启动程序的实现[J],计算机与信息技术, 2000.10.