孫嘉鵬

（河北遠(yuǎn)東哈里斯通信有限公司河北石家莊050200）

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，各種通信手段層出不窮，為不同行業(yè)帶來(lái)了巨大的便利。但由于各種通信手段的互相獨(dú)立性，各部門之間不能相互聯(lián)絡(luò)，為跨行業(yè)跨部門的聯(lián)合行動(dòng)，帶來(lái)了較多不便。從目前來(lái)看，各種通信手段的相互整合已經(jīng)是一個(gè)急待解決的問(wèn)題。

數(shù)字集群系統(tǒng)依靠其連接快速、信道復(fù)用率高、聲音清晰和可靠性高等特點(diǎn)，已經(jīng)在各行業(yè)應(yīng)用得到了廣泛的應(yīng)用，主要的應(yīng)用行業(yè)包括：公安、人防、交通和電力等。數(shù)字集群電臺(tái)的功能都是依靠電臺(tái)本身的操作來(lái)完成，通過(guò)電臺(tái)面板或手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，在應(yīng)用上有一定的局限性。在一些應(yīng)用領(lǐng)域需要將數(shù)字集群電臺(tái)功能集成到應(yīng)用軟件中，因此需要對(duì)數(shù)字集群電臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，通過(guò)數(shù)字集群電臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)接口實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件對(duì)電臺(tái)的控制。

2 數(shù)字集群電臺(tái)二次開(kāi)發(fā)接口

數(shù)字集群電臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)接口因電臺(tái)型號(hào)的不同，接口形式和管腳定義也有所不同，有些型號(hào)電臺(tái)采用了RS232接口形式，通過(guò)AT命令集實(shí)現(xiàn)控制，如EADS電臺(tái)；有些型號(hào)電臺(tái)采用了SB9600接口形式，通過(guò)私有定義協(xié)議實(shí)現(xiàn)，如Motorola電臺(tái)。通過(guò)AT命令集實(shí)現(xiàn)方式比較簡(jiǎn)單，在此不再描述。本文主要以摩托羅拉公司的ASTRO XTL 2500電臺(tái)為例，詳細(xì)介紹數(shù)字集群電臺(tái)接入單元系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)及二次開(kāi)發(fā)口的接口形式和實(shí)現(xiàn)方式。ASTRO XTL 2500電臺(tái)是美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的符合P25標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字集群車載電臺(tái)。P25是Project 25的簡(jiǎn)稱，是全球開(kāi)放的數(shù)字集群通訊標(biāo)準(zhǔn)之一。P25由美國(guó)國(guó)際公共安全通信官員協(xié)會(huì)（APCO）、國(guó)家電信管理者協(xié)會(huì)（NASTD）和聯(lián)邦政府用戶與電信工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）合作制定推行的，提供給各無(wú)線電業(yè)者遵循。P25標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于美洲市場(chǎng)（美國(guó)市場(chǎng)最多），另外在中東、亞太、俄羅斯等地區(qū)有少量的分布。

通過(guò)數(shù)字集群電臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)接口可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件與電臺(tái)的連接，從而實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)電臺(tái)的控制，包括：轉(zhuǎn)組、私密呼叫、PTT控制和接收私密呼叫等，再將電臺(tái)收發(fā)的音頻信號(hào)接入系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字集群電臺(tái)與其他制式電臺(tái)、電話或手機(jī)等不同設(shè)備間的融合通信，系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境示意圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字集群電臺(tái)二次開(kāi)發(fā)接口應(yīng)用環(huán)境示意圖

3 電臺(tái)接入單元硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)字集群電臺(tái)接入單元硬件部分主要由二次電源模塊、CPU模塊、串口擴(kuò)展模塊、音頻電路模塊、調(diào)試串口模塊、以太網(wǎng)口模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

各模塊主要描述如下：

①二次電源模塊[1]：把DC12V轉(zhuǎn)換成主控電路板需要的+5 V、+3.3 V電源；

②CPU模塊 [2]：使用三星公司出品的一款A(yù)RM處理器，并配置了CPU系統(tǒng)需要的Flash和SDRAM芯片；

圖2 數(shù)字集群電臺(tái)接入單元系統(tǒng)框圖

③串口擴(kuò)展模塊：使用異步通信芯片SC16C554來(lái)實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展，通過(guò)該芯片可以擴(kuò)展出4個(gè)串口，用于連接電臺(tái)的SB9600接口、主控設(shè)備接口（連接上位機(jī)）和用于長(zhǎng)距離通信的備用串口模式的RS422接口；

④音頻電路模塊：包括音頻放大電路和轉(zhuǎn)換電路，其中音頻放大電路用于調(diào)整音頻信號(hào)的幅度，轉(zhuǎn)換電路用于轉(zhuǎn)換音頻的形式，以方便與不同的外部設(shè)備音頻接口連接；

⑤調(diào)試串口模塊：使用CPU自帶的UART0做為軟件的調(diào)試串口；

⑥以太網(wǎng)口模塊：用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字集群電臺(tái)接入單元的系統(tǒng)升級(jí)；

⑦電平轉(zhuǎn)換模塊：進(jìn)行串口TTL電平信號(hào)和電臺(tái)SB9600接口的差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

4 電臺(tái)接入單元軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)字集群電臺(tái)接入單元軟件系統(tǒng)主要由BOOTLOADER、LINUX KERNEL、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用層接口線程組成，系統(tǒng)框架圖如圖3所示[3]。①BOOTLOADER：嵌入LINUX的啟動(dòng)引導(dǎo)部分，它完成基本硬件的初始化，并加載嵌入LINUX內(nèi)核，在本系統(tǒng)中具體使用的BOOTLOADER是PPCBOOT；② LINUX KERNEL：本系統(tǒng)的嵌入操作系統(tǒng)，它提供了操作系統(tǒng)的基本功能，該內(nèi)核針對(duì)ARM處理器S3C2410裁剪而成；③驅(qū)動(dòng)程序：對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中各個(gè)硬件接口，實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，其中網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)為內(nèi)核級(jí)驅(qū)動(dòng)，直接編譯到了KERNEL中，其余驅(qū)動(dòng)采用MODULE的形式動(dòng)態(tài)加載；④應(yīng)用層接口線程：系統(tǒng)的各項(xiàng)功能通過(guò)相應(yīng)線程來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)每一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件對(duì)底層硬件模塊的控制。

圖3 軟件系統(tǒng)模塊構(gòu)成

下面對(duì)電臺(tái)接入單元用到的通信線程進(jìn)行簡(jiǎn)單描述：

①主機(jī)通信線程和RS422線程，用于電臺(tái)接入單元與應(yīng)用服務(wù)器之間的通信。根據(jù)不同的通信距離，選擇不同的通信線程，主要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件與電臺(tái)的通信控制，為應(yīng)用軟件與電臺(tái)的數(shù)據(jù)交互提供通道；

②SB9600線程是實(shí)現(xiàn)電臺(tái)接入單元與電臺(tái)設(shè)備間的通信控制，完成了電臺(tái)接入單元與電臺(tái)設(shè)備的雙向通信；

③IO控制線程主要實(shí)現(xiàn)了CPU對(duì)各種IO接口的連接操作，完成對(duì)電臺(tái)接入單元的各種外圍設(shè)備的控制；

④網(wǎng)口線程主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU的固件升級(jí)，為后續(xù)的功能擴(kuò)展提供條件；

⑤維護(hù)管理主要完成對(duì)整個(gè)CPU軟件的維護(hù)管理，包括Watchdog、日志輸出和內(nèi)存審計(jì)等功能。

5 二次開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法

ASTRO XTL 2500電臺(tái)的尾部有一個(gè)26針的二次開(kāi)發(fā)口，該開(kāi)發(fā)接口包含著兩個(gè)異步串行總線：SB9600總線和RS-232/USB串行總線。SB9600總線接口可以作為電臺(tái)控制頭和一些電臺(tái)外部不同硬件模塊的控制器。而RS-232/USB總線用作電臺(tái)編程接口。二次開(kāi)發(fā)需要用微控制器控制電臺(tái)的轉(zhuǎn)組、發(fā)起呼叫、以及智能語(yǔ)音檢測(cè)的PTT等操作，需要使用SB9600總線進(jìn)行通信控制。SB9600總線使用了摩托羅拉公司的專有協(xié)議，由BUS+、BUS-、BUSY和RESET4根信號(hào)線組成。其中BUS+、BUS-和BUSY，3根數(shù)據(jù)線可用于與微控制器的異步通信，但是為了增加通信距離，協(xié)議數(shù)據(jù)是以差分信號(hào)的形式通過(guò)BUS+和BUS-傳輸，微控制器想要與電臺(tái)通信，則需對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

圖4 電平轉(zhuǎn)換模塊的電路框圖

通過(guò)對(duì)電臺(tái)電路及SB9600總線時(shí)序進(jìn)行分析，使用運(yùn)放的共模輸入將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL電平，通過(guò)串口擴(kuò)展模塊，將電臺(tái)數(shù)據(jù)傳給控制器，而控制器的數(shù)據(jù)則通過(guò)串口擴(kuò)展模塊傳輸，再經(jīng)數(shù)字門電路的驅(qū)動(dòng)和三極管的邏輯轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給電臺(tái)。BUSY信號(hào)經(jīng)過(guò)類似的轉(zhuǎn)換作為控制器串口的CTS和RTS控制信號(hào)。電平轉(zhuǎn)換模塊的電路框圖如圖4所示[4-6]。

通過(guò)示波器測(cè)量及消息測(cè)試，電平轉(zhuǎn)換模塊能夠?qū)崿F(xiàn)SB9600串行總線接口和UART串行總線接口數(shù)據(jù)格式的相互轉(zhuǎn)換，使微控制器和電臺(tái)之間可以相互通信。根據(jù)電臺(tái)的通信協(xié)議，分別發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)消息，電臺(tái)能夠執(zhí)行相應(yīng)操作，從而實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件對(duì)電臺(tái)的控制，測(cè)試數(shù)據(jù)消息表1所示。

表1 電臺(tái)測(cè)試消息數(shù)據(jù)

使用測(cè)試軟件對(duì)電臺(tái)通信信道進(jìn)行呼損測(cè)試，在近50 000次的呼叫測(cè)試中，僅有6次返回的消息錯(cuò)誤，呼損遠(yuǎn)低于系統(tǒng)要求的0.05%，滿足了系統(tǒng)通信穩(wěn)定性的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試及用戶近2年的實(shí)際使用證實(shí)，經(jīng)上述對(duì)數(shù)字集群電臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)微控制器對(duì)電臺(tái)的穩(wěn)定控制，模擬電臺(tái)的相應(yīng)控制頭的操作，這樣不僅可以與相同制式的手臺(tái)和電臺(tái)通信，還可實(shí)現(xiàn)與其他種類電臺(tái)、電話、手機(jī)和調(diào)度系統(tǒng)終端等的融合通信，達(dá)到持一種終端就可與多部門進(jìn)行通信的能力，提高緊急情況下的綜合指揮調(diào)度能力，為救援搶險(xiǎn)爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。

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