以太网供电的网络广播系统设计

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        引言

  本文提出了一种基于ARM和PoE的嵌入式系统的网络广播设计方案。该方案以ARM926EJ-S处理器及其外围模块作为硬件平台,以嵌入式Linux作为操作系统,构成整个系统。该系统应用以太网供电,实现网络广播的功能,不必进行专门供电线路。

  1 系统结构

  系统由音频放大器LM48510、音频处理器、以太网供电和以太网数据通信等组成。从前端到后端依次经过音频放大器M48510→ARM926EJ-S→PoE/Network等几个处理过程,实现以太网供电的网络广播。系统的硬件结构如图1所示。

系统的硬件结构

  2 系统的硬件设计

  2.1 ARM926EJ-S相关设计

  ARM926EJ-S处理器是通用微处理器ARM9家族的一员,属于5TEJ版ARM架构。针对的是多任务应用,全存储器管理、高性能、小核心尺寸和低功耗都是其重要的特点。ARM926EJ-S处理器支持32位ARM 16位Thumb指令集,使得用户能在高性能和高代码密度上取得平衡。应用ARM-926EJ-S软核处理器的解决方案,打造具有综合功能、可配置的缓冲存储系统,增强芯针对音频/视频、语音和多媒体等消费电子的需求。

  ARM926EJ-S作为系统的CPU,捕获麦克风的音频信号,通过音频信号处理器实现数字音频信号,完成编码处理后,通过AHB总线DMA至外部SDRAM。经过音频放大器LM48510相关处理后,送至Ethernet MAC从网口输出,送给扬声器。此外,ARM926EJ-S具有丰富的外设及I/O,这对将来的系统升级也提供了很大的便利。

  2.2 PoE电源设计

  2.2.1 PoE供电的工作过程

  首先,PSE设备在端口输出很小的电压,直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE 802.3af标准的受电端设备。当检测到受电端设备PD之后,PSE设备可能会为PD设备进行分类,并且评估此PD设备所需的功率损耗。在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内,PSE设备开始从低电压向PD设备供电,直至提供48 V的直流电源。为PD设备提供稳定可靠48 V的直流电,满足PD设备不越过15.4 W的功率消耗。若PD设备从网络上断开时,PSE就会快速地(一般在300~400 ms)停止为PD设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。POE供电原理图如图2所示。

POE供电原理图

  2.2.2 以太网供电控制器LTC4267

  Linear Technology推出IEEE 802.3af以太网供电(PoE)控制器LTC4267,它具有一个集成开关稳压器,极大简化了受电设备(PD)设计。 LTC4267包括一个恒定频率电流模式的片上DC/DC控制器,它易于定制成满足多种电源电压和负载电流的要求。恒定频率工作可维持在非常轻的负载情况,从而使所产生的低频噪声最小化。

  3 系统的软件设计

  软件系统包括系统引导程序Bootloader,嵌入式操作系统及上层应用程序。其中Bootloader是运行于操作系统之前的引导程序,主要任务是完成系统启动之前必要的硬件初始化和操作系统加载;操作系统是整个嵌入式平台的核心程序,主要功能是高效地管理和分配底层硬件资源,并为上层应用程序提供与硬件细节无关的系统调用接口。

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