摘要: 針對國內(nèi)嵌入式實體網(wǎng)絡(luò)收音機的發(fā)展現(xiàn)狀，提出一種低成本、多功能網(wǎng)絡(luò)收音機實現(xiàn)方案，該方案以Samsung 公司的ARM920T內(nèi)核芯片S3C2440A為硬件平臺，以Windows CE操作系統(tǒng)為核心，通過網(wǎng)絡(luò)連接訪問國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)電臺并獲取音頻信息，下載播放并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收音功能。

　　引言

　　目前，國內(nèi)收音機設(shè)備還停留在模擬收音技術(shù)階段，而國外網(wǎng)絡(luò)收音機均采用專用集成芯片接收方案，成本高昂且均以O(shè)DM（原始設(shè)計制造商）方式投入市場，技術(shù)封閉且界面單調(diào)，這無疑給信息家電和數(shù)字化家庭信息化系統(tǒng)的推廣增加了阻力。

　　本設(shè)計將嵌入式技術(shù)應(yīng)用于實體網(wǎng)絡(luò)收音機系統(tǒng)設(shè)計中，以Samsung公司ARM920T內(nèi)核的S3C2440A為核心處理器，以Windows CE操作系統(tǒng)為軟件平臺，通過加載必要的驅(qū)動程序和應(yīng)用程序構(gòu)建一個完整的實體網(wǎng)絡(luò)收音機系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)連接訪問國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)電臺并獲取音頻信息，下載播放并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收音功能。系統(tǒng)可以通過有線連接或者無線連接(WiFi)接入網(wǎng)絡(luò)，分析網(wǎng)絡(luò)電臺傳輸協(xié)議：對于采用順序流式傳輸MMS協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)電臺，利用Windows CE系統(tǒng)自帶的Windows Media Player控件進行下載和播放；而對于采用實時流式傳輸RTSP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)電臺，利用相應(yīng)的運行庫實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收音功能，并通過軟件音頻解碼后發(fā)送到音頻設(shè)備，實現(xiàn)解碼播放。

　　1  系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)包括核心處理器S3C2440A、支持802.11b/g的USB無線網(wǎng)卡、快速以太網(wǎng)控制處理器DM9000網(wǎng)卡、I2S接口音頻編解碼芯片UDA1341聲卡、觸摸屏、存儲器、USB外設(shè)和電源管理模塊等。

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　S3C2440A最高頻率可達400 MHz，其包含有豐富的外圍設(shè)備資源，支持SDRAM的外部存儲控制器、AC?97編解碼器接口和TFT/STN液晶觸摸屏接口。這些特性為系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計提供了很多便利，能夠在體積更小的單系統(tǒng)封裝內(nèi)提供更強大的運算與存儲能力，同時減少產(chǎn)品使用的組件數(shù)量，讓制造商開發(fā)出新型與獨特功能設(shè)計的產(chǎn)品。

　　2  軟件系統(tǒng)設(shè)計

　　操作系統(tǒng)采用Windows CE5.0。它提供了一個開放的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)平臺，具有多線程、多任務(wù)、完全搶占式的特點。其模塊化設(shè)計使嵌入式系統(tǒng)和應(yīng)用開發(fā)者能夠方便地定制以適應(yīng)不同的產(chǎn)品。

　　Windows CE包含4個主要模塊：設(shè)備管理模塊、對象存儲模塊、GWES模塊和通信模塊。除此之外，它還包括一些可選的操作系統(tǒng)模塊，主要有以下幾種：安裝型設(shè)備驅(qū)動程序、多媒體(聲音)支持模塊、COM支持模塊和Windows CE外殼模塊。Windows CE模塊化設(shè)計使嵌入式系統(tǒng)和應(yīng)用程序開發(fā)者能夠方便地定制以適應(yīng)一系列產(chǎn)品的不同要求。

　　Platform. Builder是微軟公司為開發(fā)基于Windows CE操作系統(tǒng)的可定制平臺而設(shè)計的集成開發(fā)平臺。它包括集成開發(fā)環(huán)境、平臺生成器、SDK導(dǎo)出器、調(diào)試器、遠程實用工具和仿真器等，可以幫助用戶方便地設(shè)計和調(diào)試基于Windows CE的平臺。

　　2.1  操作系統(tǒng)的定制

圖2  Windows CE操作系統(tǒng)定制流程[!--empirenews.page--]

　　如圖2所示，操作系統(tǒng)的定制主要包括Bootloader(系統(tǒng)引導(dǎo)程序)的開發(fā)、OAL(設(shè)備商適配層)的開發(fā)、本地驅(qū)動程序的開發(fā)以及平臺文件配置等。

　　Windows CE操作系統(tǒng)已為其中大部分硬件外設(shè)提供了可供參考的Bootloader程序、OAL程序和驅(qū)動源代碼，為系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)提供了樣本程序，可有效提高開發(fā)的工作效率，減少重復(fù)性工作。

　　針對本系統(tǒng)中采用的核心處理器S3C2440A，BSP(板級支持包)可由Samsung公司提供的SMDK2440BSP包克隆生成，因此源代碼配置文件只需要對系統(tǒng)新添加的模塊進行設(shè)置，完整編譯即可完成。

　　本系統(tǒng)除了要加入一些系統(tǒng)級模塊(例如文件系統(tǒng)支持、觸摸屏支持等)之外，還要加入Windows Media Player模塊和VIA公司提供的無線網(wǎng)卡驅(qū)動模塊。修改注冊表中對應(yīng)模塊的設(shè)置，即在platform.reg中添加對VIA公司無線網(wǎng)卡的支持：

　　[HKEY_LOCAL_MACHINECommVNUWLC5]

　　"DisplayName"="VNT VT6656 Wireless LAN"

　　"Group"="NDIS"

　　"ImagePath"="VNUWLC5.dll"

　　添加對以太網(wǎng)控制器DM9000的支持：

　　[HKEY_LOCAL_MACHINECommDM9CE]

　　"DisplayName"="DM9000 ISA Fast Ethernet Adapter"

　　"Group"="NDIS"

　　"ImagePath"="dm9isa.dll"

　　2.2  SDK的生成

　　SDK(軟件開發(fā)工具包)是軟件開發(fā)商提供給二次開發(fā)人員的針對性開發(fā)工具。SDK提供核心連接支持，用來支持桌面操作系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)之間的通信，開發(fā)人員通過它來使用開發(fā)工具與嵌入式操作系統(tǒng)進行應(yīng)用程序的運行測試。在Platform. Builder集成開發(fā)環(huán)境里，針對定制的鏡像文件(nk.bin)輸出SDK。

　　2.3  應(yīng)用程序開發(fā)

　　Windows CE應(yīng)用程序使用Embedded Visual C++集成開發(fā)環(huán)境，并且需要具體平臺的SDK支持。本系統(tǒng)利用Platform. Builder定制生成的SDK直接進行開發(fā)，有效地提高了開發(fā)效率。目前，主要流媒體協(xié)議分為支持實時流式傳輸?shù)腞TSP協(xié)議和支持順序流式傳輸?shù)腗MS協(xié)議。如rtsp://real.cnr.cn:554/encoder/cnr2（中央人民廣播電臺2臺）的地址格式，這類網(wǎng)絡(luò)數(shù)字廣播采用RTSP協(xié)議來進行數(shù)據(jù)傳輸；如mms://windows_media_server/sample.asf的地址格式，這類網(wǎng)絡(luò)數(shù)字廣播采用MMS協(xié)議來進行數(shù)據(jù)傳輸。

圖3  系統(tǒng)設(shè)計框圖

　　為了盡可能接收到所有網(wǎng)絡(luò)電臺，系統(tǒng)設(shè)計兼容兩種傳輸協(xié)議。針對系統(tǒng)的特殊性，適用于該方案的系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖3所示。

　　系統(tǒng)通過解析用戶輸入的網(wǎng)絡(luò)電臺網(wǎng)址，分辨出所訪問電臺支持的流媒體傳輸協(xié)議，針對兩類不同協(xié)議作出實時響應(yīng)，接收數(shù)據(jù)并播放。

　　2.3.1  實時流式傳輸RTSP協(xié)議

　　實時流協(xié)議RTSP，用于建立和控制時間同步的連續(xù)媒體流，以及控制具有實時特征的數(shù)據(jù)發(fā)送。RTSP提供控制機制，能夠處理更高層的問題（例如會話建立和注冊），在體系結(jié)構(gòu)上工作在RTP、TCP、UDP等協(xié)議的上層。正因為如此，RTSP可以很好地利用人們對現(xiàn)有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的改善和提高，而不需要額外的優(yōu)化工作。

　　本系統(tǒng)采用開源軟件LIVE庫來實現(xiàn)RTP/RTCP協(xié)議，包括RTP/RTCP會話的建立、數(shù)據(jù)的接收。其主要任務(wù)是解析RTSP協(xié)議，通過DESCRIBE、SETUP、PLAY請求來獲得音頻數(shù)據(jù)格式，并將RTP包解包獲得MP3幀數(shù)據(jù)，寫入數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)。

　　LIVE庫僅包含4個基本的類：BasicUsageEnvironment、UsageEnvironment、groupsock以及l(fā)ivemedia。BasicUsageEnvironment和UsageEnvironment負責(zé)任務(wù)的調(diào)度和環(huán)境的配置；groupsock負責(zé)socks套接字的創(chuàng)建以及相應(yīng)信息（詢問信息和數(shù)據(jù)信息）的發(fā)送接收；Livemedia是整個工程的核心，負責(zé)rtsp、session(subsession)和rtcpinstance的運轉(zhuǎn)。

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　　在數(shù)據(jù)傳輸過程中，LIVE庫根據(jù)RTSP協(xié)議來建立會話描述。RTSP會話的建立分為以下幾個步驟：

　　① 建立使用環(huán)境對象，創(chuàng)建客戶端。

　?、?由RTSPClient對象向服務(wù)器發(fā)送OPTION消息并接收回應(yīng)。

　?、?發(fā)送DESCRIBE請求，并解析回應(yīng)。

　?、?根據(jù)SDPDescription在MediaSession中創(chuàng)建MediaSession對象。

　?、?配置所有子會話對象。

　?、?由RTSPClient對象向服務(wù)器發(fā)送SETUP消息并接收回應(yīng)。

　?、?由RTSPClient對象向服務(wù)器發(fā)送PLAY消息并接收回應(yīng)。

　　接收到的經(jīng)過壓縮編碼的MP3音頻數(shù)據(jù)只有經(jīng)過解碼后發(fā)送給音頻設(shè)備，才能實現(xiàn)解碼播放。為了縮短開發(fā)周期，本文使用LIBMAD庫來實現(xiàn)MP3解碼。LIBMAD庫是一個開源的高精度MPEG音頻解碼庫，支持MPEGLayer I、 MPEGLayer II和MPEGLayer III。LIBMAD提供24位的PCM輸出，完全是定點計算，非常適合應(yīng)用在沒有浮點支持的平臺上。使用LIBMAD提供的一系列 API(應(yīng)用程序編程接口)，就可以非常簡單地實現(xiàn) MP3 數(shù)據(jù)解碼。

　　為了使系統(tǒng)接收到的音頻流數(shù)據(jù)能夠正常解碼并播放，系統(tǒng)采用雙線程(數(shù)據(jù)接收線程和音樂播放線程)、雙緩沖(數(shù)據(jù)接收緩沖和音樂播放緩沖)操作。兩個線程并發(fā)運行，且音樂播放線程運行速度較慢。如果網(wǎng)絡(luò)速度較快，數(shù)據(jù)接收線程的接收緩沖區(qū)已滿，而當(dāng)前音樂播放線程正在播放音樂，那么數(shù)據(jù)接收線程必須停止接收數(shù)據(jù)。如果不讓數(shù)據(jù)接收線程進入等待狀態(tài)，它會一直輪詢音樂播放線程觀察其是否需要數(shù)據(jù)。簡單的輪詢會浪費 CPU 資源，在這種情況下，有必要讓數(shù)據(jù)接收線程進入等待狀態(tài)。本系統(tǒng)使用信號量機制來動態(tài)控制線程的運行，有效地提高程序執(zhí)行效率。

　　2.3.2  順序流式傳輸MMS協(xié)議

　　MMS（Microsoft Media Server，微軟媒體服務(wù)器)協(xié)議由微軟制定，用來訪問以及用于流式接收Windows Media服務(wù)器中的流文件，也是連接Windows Media單播服務(wù)的默認方法。在Windows Media Player中輸入一個URL以便連接播放內(nèi)容時要使用這個協(xié)議，當(dāng)用MMS協(xié)議連接到發(fā)布點后，服務(wù)器會使用“協(xié)議翻轉(zhuǎn)”來獲得最佳的連接。

　　Windows CE操作系統(tǒng)自帶Windows Media Player組件，在操作系統(tǒng)定制時也特別加入了該組件。Windows Media Player 具有模塊化體系結(jié)構(gòu)，用戶界面與音頻和視頻內(nèi)容的播放功能相互獨立，因此在本設(shè)計中只使用了其播放功能，并且將其外觀功能隱藏，通過應(yīng)用程序建立自己的應(yīng)用界面。在應(yīng)用程序中，只需要新建Windows Media Player ActiveX變量，設(shè)置其屬性并調(diào)用Open方法即可實現(xiàn)連接和播放。

　　2.4  界面設(shè)計

　　人機界面設(shè)計首先要確立用戶類型。嵌入式實體網(wǎng)絡(luò)收音機定位于信息家電市場，因此界面設(shè)計要求操作簡單、信息量最少以減小用戶記憶負擔(dān)，要有恢復(fù)出錯現(xiàn)場的能力，在系統(tǒng)內(nèi)部處理工作要有提示，盡量把主動權(quán)讓給用戶。

　　工程利用Visual Studio 2005平臺進行開發(fā)，選擇基于對話框結(jié)構(gòu)模式設(shè)計，并且要求Windows Sockets支持和ActiveX控件支持。根據(jù)系統(tǒng)分析，需要5個按鈕控件(Button Control)、1個進度條控件(Slider Control)、1個樹目錄控件(Tree Control)和1個圖表控件(Picture Control)。系統(tǒng)主界面如圖4所示。

　圖4  系統(tǒng)主界面

　　完成控件的拖放后，拖動各個控件調(diào)整其布局，并對其屬性和功能進行完善，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收音機的基本功能。

　　結(jié)語

　　本文基于Windows CE系統(tǒng)實現(xiàn)的嵌入式實體網(wǎng)絡(luò)收音機，內(nèi)嵌WiFi技術(shù)，充分利用Windows CE系統(tǒng)資源實現(xiàn)訪問網(wǎng)絡(luò)電臺并獲取音頻信息，下載播放并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收音功能。它將電子信息技術(shù)融入傳統(tǒng)家電設(shè)備中，有利于數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更廣泛地深入家庭生活。