引言

在物聯(lián)網(wǎng)的時代中信息技術和網(wǎng)絡技術發(fā)展迅速，多媒體的應用越來越廣泛，隨著物聯(lián)網(wǎng)的概念不斷深入人心，可尋址、可通信、可控制、泛在化與開放模式正逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的演進目標。對物聯(lián)網(wǎng)的多媒體的通信的要求越來越高,需求越來越多，就急需針對物聯(lián)網(wǎng)下的應用及其開發(fā)，以達到良好的實時通話的性能。

1系統(tǒng)方案的分析與設計

在物聯(lián)網(wǎng)中系統(tǒng)方案有很多，不同的系統(tǒng)體系使設計難易程度也不同。隨著技術的不斷發(fā)展，對系統(tǒng)整體的設計越來越看重。使得選取系統(tǒng)方案成為整個設計與實現(xiàn)的重點。

Linux系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，把微處理器(CPU)或者微控制器(MCU)的系統(tǒng)電路與專用軟件相互結合，以應用為中心、計算機為基礎、軟硬件可裁剪、適用于應用系統(tǒng)，對功能、性能等特殊處理的專用系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)是將先進的電子技術應用相結合后的產(chǎn)物,決定了該行業(yè)是一個技術密集型、資金密集型、不斷創(chuàng)新的集成電路系統(tǒng)。例如風河的Vxworks之所以在火星車上得以應用，則是因為其高實時性和高可靠性。

嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，建立類似的軟硬件基礎，然后在此基礎上開發(fā)出各種應用需要的系統(tǒng)。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾KB到幾十KB的微內核，需要根據(jù)實際的應用進行功能擴展或者裁減,但是由于微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。為此本文選用的是Linux系統(tǒng)。

Linux系統(tǒng)的前身基于Unix操作系統(tǒng)，是一個基于POSIX和Unix的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它能運行主要的Unix工具軟件、應用程序和網(wǎng)絡協(xié)議。它支持32位和64位硬件。

Linux的基本思想：所有的都是文件；每個文件都有特定的功能。包括命令、硬軟件設備、操作系統(tǒng)、進程等等對于操作系統(tǒng)內核而言，都被視為擁有各自特點的文件。

Linux是一款免費的操作系統(tǒng)，用戶可以通過網(wǎng)絡或其他途徑免費獲得，并可以任意修改其源代碼。這是其他操作系統(tǒng)所做不到的。正是由于這一點，來自全世界的無數(shù)程序員參與了Linux的修改、編寫工作，程序員可以根據(jù)自己的興趣和靈感對其進行改變，這讓Linux吸收了無數(shù)程序員的精華，不斷壯大。

完全兼容POSIX1.0標準使得可以在Linux下通過相應的模擬器運行常見的DOS、Windows的程序。是用戶從Windows轉到Linux奠定了基礎。

Linux支持多用戶性，各個用戶對于自己的文件設備有自己特殊的權限，保證了各用戶之間互不影響。

Linux可以運行在多種硬件平臺上，如具有x86、680x0、SPARC、Alpha等處理器的平臺。此外Linux還是一種嵌入式操作系統(tǒng)，可以運行在電腦、手機等上。

ARM處理器

作為一種嵌入式處理器，ARM處理器以低成本、高性能。得到了廣大公司及個人的喜愛。目前，ARM處理器已廣泛應用于工業(yè)控制、消費電子產(chǎn)品、通信等領域。

ARM處理器的主要特點如下：

體積小、低功耗、低成本、高性能；

支持Thumb(16)/ARM(32位)雙指令集，能很好地處理兼容性；

大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；

大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；

尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；

指令長度固定。

ARM提供一系列內核、體系擴展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。目前非常流行的ARM芯核有ARM7TDMI,ARM720T,ARM9TDMI,ARM922T,ARM940T,ARM946T,ARM966T,ARM10TDMI等。本文所選用是ARM11系列，其內核時鐘頻率為350?500MHZ,ARM11處理器的功耗可以低至0.4mW/MHz。ARM11處理器采用了易于綜合的流水線結構，并和常用的綜合工具以及ARMcompiler良好結合，多媒體處理擴展使MPEG4編碼/解碼加快一倍，音頻處理加快一倍，增強的異常和中斷處理使實時任務的處理更加迅速。

OSS與CSS

在聲卡的驅動有兩種；OSS(開放聲音系統(tǒng))；ALSA(先進Linux聲音架構)Kernel2.6內核支持ALSA了，但是OSS編程是比較容易上手的，也比較符合Linux的編程框架，而且ALSA配置的時候也可選擇OSS支持，這樣OSS應用程序無需更改就可使用ALSA驅動。為此本文選用OSS類型。2系統(tǒng)實現(xiàn)平臺的搭建

2.1軟件搭建

2.1.1Linux環(huán)境的配置

首先是要安裝Ubuntu10.04.04。Ubuntu是一個以桌面應用為主的Linux操作系統(tǒng)。其次是應當設置Ubuntu網(wǎng)絡參數(shù)，以實現(xiàn)PC機與開發(fā)板通信。然后就是安裝交叉編譯器：

cd/forlinx(進入/forlinx目錄)

mkdri/usr/local/arm

#tarzxvfarm-linux-gcc-4.3.2.tgz-C/

把交叉編譯器路徑添加到系統(tǒng)環(huán)境變量中，以后就可以直接在終端窗口中輸入arm-linux-gcc命令來編譯程序。接著是在終端中執(zhí)行：vi/etc/profie

再就是添加以下4行到該文件中：

exportPATH=/usr/local/arm/4.3.2/bin:SPATH

exportTOOLCHAIN=/usr/local/arm/4.3.2exportTB_CC_PREFIX=arm-linuxexportPKG_CONFIG_PREFIX=$TOOLCHAIN/arm-none-linux-gnueabi

最后保存并退出。重新啟動系統(tǒng)，在終端里面執(zhí)行arm-linux-gcc并回車。

2.1.2內核移植及根文件系統(tǒng)的制作

內核移植的方法如下：

編譯Linux-3.0.1

即將壓縮包‘FORLINX_linux-3.0.1.tar.gz'拷貝到工作目錄下，然后解壓縮：

#tarzxfFORLINX_linux-3.0.1.tar.gz

(2)配置內核

配置內核需要先安裝‘libncurses5\以方便使用‘makemenuconfig'命令:

#sudoapt-getinstalllibncurses5-dev

如果執(zhí)行命令后無法找到libncurses5-dev安裝包，那就需要先執(zhí)行#sudoapt-getupdate,再執(zhí)行#sudoapt-getinstalllibncurses5-dev

(3)編譯內核

編譯內核的命令如下：

#makezImage

編譯結束后，將在內核源碼目錄的arch/arm/boot中得到Linux內核映像文件:zImage

根文件制作可以分為如下步驟：

創(chuàng)建根文件系統(tǒng)的目錄；

創(chuàng)建設備文件；

安裝./etc；

編譯內核模塊；即進入Linux內核目錄makemodulesAPCH=arm

CROSS_COMPILE=arm-linux-

安裝內核模塊；

配置busybox；即進入busybox目錄執(zhí)行makemenuconfig,選中“Bulidboxasastaticbinary”，靜態(tài)鏈接。

Crosscompileprefix(arm-linux-)

InstallationOptions—>

然后選中“Don'tuse/usr”，再選中該項可以避免busybox被安裝到宿主系統(tǒng)的/usr目錄下，破壞宿主系統(tǒng)。

編譯、安裝busybox；

MakeARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-Makeinstall

2.1.3音瘢區(qū)動移植

音頻驅動移植的程序代碼如下：

$makemenuconfig

DeviceDrivers--->

<*>Soundcardsupport--->

<*>AdvancedLinuxSoundArchitecture--->

<*>OSSMixerAPI

<*>OSSPCM(digitalaudio)API

[*]OSSPCM(digitalaudio)API-Includepuginsystem

<*>ALSAforSoCaudiosupport--->

<*>ASoCsupportforSamsung

<*>SoCAC97AudiosupportforSMDKC100-WM97132.2硬件搭建

嵌入式系統(tǒng)的硬件一般包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和輸入輸出端口等。圖1所示是嵌入式系統(tǒng)的硬件示意圖。

2.3 Ok6410開發(fā)板

S3C6410是由三星公司推出的一款低功耗、高性價比的處理器，它基于ARM11的內核，可應用于移動電話和通用處理等領域；S3C6410為2.5G和3G通信服務提供了優(yōu)化的硬件性能，內置強大的硬件加速器：包括運動視頻處理、音頻處理、2D加速、顯示處理和縮放等；集成了一個MFC(Multi-FormatvideoCodec)支持MPEG4/H.263/H.264編解碼和VC1的解碼，可以提供實時的視頻會議以及NRSC和PAL制式的TV輸出；除此之外，該處理器內置一個采用最先進技術的3D加速器，支持OpenGLES1.1/2.0和D3DMAPI，能實現(xiàn)4Mtriangles/s的3D加速；同時，S3C6410包含了優(yōu)化的外部存儲器接口，該接口能滿足在高端通信服務中的數(shù)據(jù)帶寬要求。由于以上突出的性能表現(xiàn)，著名的蘋果公司手機Iphone就是基于S3C6410處理器。

OK6410開發(fā)板基于三星公司最新的ARM11處理器S3C6410，擁有強大的內部資源和視頻處理能力，可穩(wěn)定運行在667MHz主頻以上，支持MobileDDR和多種NANDFLASH。OK6410開發(fā)板上集成了多種高端接口，如復合視頻信號、攝像頭、USB、SD卡、液晶屏、以太網(wǎng)，并配備溫度傳感器和紅外接收頭等。

3實時語言程序的設計

本系統(tǒng)的實時語言程序的設計代碼如下：

//初始化聲卡

intinit_soundcard(intoflag)

{/*打開聲音設備*/

fd=open("/dev/dsp"，oflag)；

/*設置采樣時的量化位數(shù)*/

status=ioctl(fd，SOUND_PCM_WRITE_BITS,&arg)；

/*設置采樣時的聲道數(shù)目*/

status二ioctl(fd,SOUND_PCM_WRITE_CHANNELS，&arg)；/*設置采樣時的采樣頻率*/

status=ioctl(fd，SOUND_PCM_WRITE_RATE，&arg)；

//錄音函數(shù)

intrecorddata(intsoundfdr，unsignedchar*buf)

{...

status二read(soundfdr,buf，(LENGTH*RATE*SIZE*CHANNELS/8000))；//錄音

〃close(soundfd)；

}

//聲音播放程序

intplaysound(intsoundfdw，unsignedchar*buf)

{

status二write(soundfdw,buf,(LENGTH*RATE*SIZE*CHANNELS/8000))；/*回放*/

}

While(1)

{

playsound(soundfdw,buf1)；

recorddata(soundfdr,buf1)；

playsound(soundfdw,buf2)；

recorddata(soundfdr,buf2)；

}

4結語

本文開發(fā)的基于Linux的嵌入式系統(tǒng)應用醫(yī)院病房管理系統(tǒng)，能滿足醫(yī)院病房、護士站系統(tǒng)提出的語音通信的要求,保證任務完成的實時性、可靠性、實現(xiàn)護士與病人的即時通信。相對于傳統(tǒng)的系統(tǒng)更容易實現(xiàn)系統(tǒng)集成和維護。在語音實時通信領域有很好的應用前景。

20211119_61979b018a7d0__基于物聯(lián)網(wǎng)的實時語音通信研究及其應用