基于ARM 11的智能遙控終端設計

李 琳

（北京聯合大學 應用科技學院，北京 102200）

繼2010年有關三網融合試點城市的名單公布之后，十二五規劃中三網融合再次被提升為十二五期間的重大國家戰略[1]，成為我國在十二五期間需要積極開展的重點工作之一。所謂三網融合就是將電信網、互聯網和有線電視網三大網絡物理合一，如圖1所示。這個國家發展戰略的現實意義就是使三網融合的網絡在應用層上趨向使用統一的IP協議，在經營上互相競爭、互相合作，朝著向人們提供多樣化、多媒體化、個性化服務的同一目標逐漸以統一的形式交匯在一起，行業管制和政策方面也逐漸趨向統一。

圖1 三網融合Fig.1 Three networks convergence

三網融合帶來的新應用對周邊的設備也提出了新要求，傳統的電視遙控器、鼠標鍵盤已無法滿足新的應用需求。因此，本文提出了一種基于Telechips公司出品的TCC8900系列ARM11處理器的智能遙控終端的設計方法。

1 系統設計

本設計通過多個不同的模塊，包括處理器模塊、存儲器模塊、LCD模塊、充電模塊、紅外模塊、藍牙模塊、WiFi模塊、USB模塊、按鍵模塊、位置傳感模塊和音頻模塊的設計，在實現普通遙控器[2]的紅外控制功能的基礎上又實現了以下新的功能：

（1）語音的雙向無線傳輸功能。該功能可以直接使用遙控器接聽或撥出電話，并具有來電振鈴功能。

（2）數據的雙向無線傳輸功能。其數據傳輸功能實現了多功能遙控，可以控制TV、IPTV、音響、空調、燈光等設備。

（3）具有加速度和角度的感應功能，可以使遙控器自動感知加速度，如遙控器被拿起；也可以實現與電視機交互的體感游戲。

（4）使用鋰電池進行供電，可以使用適配器和USB兩種方式充電。同時，使用USB接口也可以方便地升級程序。

（5）采用TFT液晶屏顯示，具有友好的人機交互界面，并具有數字鍵盤，可以方便地查看當前設備的狀態以及接聽和撥出電話。

系統功能框圖如圖2所示。

由于篇幅有限，下面重點介紹主要的功能模塊。

圖2 系統功能框圖Fig.2 Block diagram of system function

1.1 主處理器模塊

該模塊是整個系統的控制核心，完成所有接口的調度以及事件的處理，主處理器模塊支持256M DDR2內存，CPU選取低功耗ARM1176JZF-SRISC架構多媒體應用處理器TCC8900[3]，其主頻超過600 MHz，采用65 nm工藝制造。

TCC8900有較強的多媒體表現能力，視頻解碼最高支持1980×1080分辨率、視頻編碼最高支持1280×720分辨率，支持JPEG/MPEG1/MPEG2/MPEG4-SP/ASP/H.264/VC-1/RV等編碼格式，同時也支持MP3/AAC/MPEG4-AAC/MPEG4-BSAC等音頻編碼格式，通過軟件和硬件加速共同協作，能清晰生動地把FULL HD（1080P）高清視頻電影通過數字TV的HDMI輸出帶入人們的日常娛樂中，市面上的RMVB，MKV，H.264，AVI等主流高清視頻格式都能支持，因此在處理智能終端音視頻方面，會有優異的性能表現。TCC8900還提供了硬件3D加速器（ARM Mali200），可以豐富GUI設計或其它圖形應用，除此之外，TCC8900還提供了豐富的外設接口，UART、SPI、IIC、USB、I2S、LCD 等等， 便于智能終端增加更多人性化功能。

1.2 充電模塊

本模塊可以實現對鋰電池的充電，保證遙控器有充足的且可以補充的電量。

本模塊的設計選用單節鋰電池充電管理芯片BQ24070作為充電模塊的核心器件。BQ24070是德州儀器公司生產的一款低成本充電管理芯片[4]，它能支持USB充電和交流適配器充電兩種模式，并且具有DPPM（動態功率路徑管理功能），能實現插入交流適配器后不需要等待就可以正常開機。另外它還具有電池溫度檢測功能，在過冷或過熱的環境中充電時有效保護電池；支持最大1.5 A的充電電流，可以設置充電時間，避免因長時間充電而損壞電池。

具體電路設計如圖3所示。

圖3 充電模塊電路Fig.3 Circuit diagram of charging module

1.3 位置傳感模塊

位置傳感模塊的設計分為兩部分：一個是加速度參數的測定；另一個是旋轉角度的測定。分別選用ST公司出品的高精度MEMS傳感器芯片LIS302DL和LISY300AL。

LIS302DL作為加速度傳感芯片能捕捉到突然的動作，比如遙控者拿起終端的動作，系統將會從待機狀態自動進入工作狀態，LCD屏會被點亮，體現了人性化的設計；LISY300AL又可稱為陀螺儀芯片，其主要的功能是面向游戲，可以實現與電視機交互的體驗游戲。

LIS302DL是市場上第一個帶有一個標準的SPI/I2C數字接口和兩個獨立的可編程中斷信號的傳感器；LISY300是一款角速度范圍為300°/s的MEMS角速度傳感器。

1.4 音頻模塊

音頻模塊實現的主要功能為振鈴輸出和MIC信號的采集。選用WinBond公司出品的低電壓單通道的語音編解碼芯片W681310[5]作為codec主芯片，實現模擬語音信號的數字化轉換；選取AK2510A作為回音消除主芯片，TCC8900提供codec芯片需要的8 kHz幀同步信號和2.048 MHz工作時鐘，并通過PCMT和PCMR與TCC8900進行PCM數據交換；TCC8900通過引腳pui控制codec的工作，只有在通話的時候，才將PUI置高，降低codec的功耗。

圖4為音頻模塊的電路設計。

圖4 音頻模塊設計電路Fig.4 Design diagram of audio function

2 系統軟件設計

整個系統軟件由引導裝載程序（U-Boot）、設備驅動（包括幀緩沖）、嵌入式Linux內核、文件系統（YAFFS）以及應用程序組成，這也符合一般嵌入式系統的軟件構成[6]。

其中，操作系統使用Linux-2.6.13穩定內核，根文件系統為Yaffs文件系統，采用基于arm-linuxgcc-3.4.1的函數庫。而應用程序方面主要包括兩個部分：一是實現如紅外控制、語音/數據傳輸、位置傳感等主要功能的應用程序；二是圖形界面的應用程序，目的是使遙控器具有比較良好的人機交互界面，使無論是家庭還是酒店的用戶都能有良好的用戶體驗。

第1部分主要功能的實現，主要是相應應用程序的編寫，程序流程圖如圖5所示。

圖5 應用程序流程圖Fig.5 Flow chart of application program

第2部分是圖形界面的設計，目前有多種不同的嵌入式圖形用戶界面支持系統，如Qt[7]、MiniGUI等。本設計采用了飛漫軟件開發的MiniGUI。這部分包括MiniGUI的移植和具體顯示界面的開發。

TCC8900提供的SDK中沒有MiniGUI的編譯環境，搭建編譯平臺是必要的工作。很多文獻講述了MiniGUI在ARM9上的移植[8]，其方法與 ARM11平臺基本一致，本文的開發環境是在個人PC上安裝Vmware Workstation 6.5.1和Red Hat Linux 9.0操作系統。內核版本是2.6.13，與智能終端上運行的版本一致。采用的交叉編譯器為arm-linux-gcc-3.4.1。

MiniGUI的移植首先是交叉編譯環境的建立，然后是進行MiniGUI的配置編譯與安裝。移植完成后用示例程序驗證一下。

本設計中，先設定好主窗口，當有按鍵按下時，會根據按鍵的內容使屏幕顯示不同的界面，撥號、來電及通話時也會進入相應的界面。MiniGUI是一種基于線程的窗口系統，可以采用不同的線程來進行界面的控制和其他的應用邏輯，線程之間的數據的傳遞則可以通過消息來完成。在MiniGUIMain函數中創建并顯示主窗口，同時建立窗口結構與窗口過程的聯系，然后從窗口管理器中獲取、翻譯并分發消息，而窗口過程則負責處理各個窗口的消息[8]。當顯示其他界面時，就在MiniGUIMain函數中建立其他相應的應用線程。具體程序就不再贅述。

圖6 整機效果圖Fig.6 Diagram of remote control

3 整機效果

紅外模塊、LCD模塊、藍牙模塊、WiFi模塊、USB模塊、按鍵模塊等模塊設計技術較為成熟，由于篇幅有限，就不做詳細介紹。圖6所示是為本設計專門選用的一款遙控器機殼，不僅有LCD屏顯示，還有相應的控制電視等設備的按鍵和語音通話用的數字鍵及其他按鍵。

4 結語

經過對該設計的實例化測試，語音通話質量良好，人機交互界面操作簡便，紅外控制靈敏，達到了初期規劃的目標。測試結果表明，該系統硬件電路設計合理、可靠性強。同時成本低，可操控性好，節能環保，非常適合大面積推廣。相信未來的智能遙控終端，將會越來豐富，越來越完美。

[1] 姜永春.三網合一技術分析與展望[J].硅谷，2010（2）：205.

[2] 嚴后選，孫健國，張天宏.無線紅外智能遙控器的設計[J].測控技術，2003，22（3）：54-56.

[3] Telechips.TCC890x-i.2010[2011-05-10][Z].http：//www.telechips.com/eng/Product/auto_pro06.asp.

[4] 秦小虎.用于高端手持設備的低成本充電管理芯片BQ24070應用設計[J].電子產品世界，2008（5）：90-93.

[5] 柯建偉，周嘉農.低電壓語音編解碼芯片W681310在移動終端中的應用[J].世界電子元器件，2004（3）：48-49.

[6] 孫瓊.嵌入式Linux應用程序開發詳解[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[7] 趙拯宇，張雪英，金剛.Qt/Embedded和Qtopia在OMAP5912平臺上的移植及應用[J].儀器儀表用戶，2009，16（2）：108-110．

[8] 鄭軍，郝久玉，翟霄翔.嵌入式圖形用戶界面的研究與移植[J].電子測量技術，2006，29（2）：43-44. ■