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1、南京师范大学 硕士学位论文 一种新型无线电台网络控制器的设计与研究 姓名：徐益平 申请学位级别：硕士 专业：电工理论与新技术 指导教师：陈雪丽 20080516 南京师范大学硕士学位论文 摘要 随着无线电技术的发展，无线电台的种类层出不穷，其应用范围越来越广， 如现场监控及数据采集系统S C A D A ( S u p e r v i s o r y C o n t r o la n dD a t aA c q u i s i t i o n ) 、分 布式自动控制系统、小区智能安防系统、车船调度等诸多系统。但是，在电台使 用过程中，受频谱资源、发射功率等因数的影响，其通信范围受到制约。另一方
2、 面，互联网技术的发展日新月异，这使得全球范围内的通讯变得非常容易。如何 将计算机网络技术应用于无线电台，拓展电台的通讯范围，对电台实行远程控制 成为本文讨论的重点。 无线电台作为一种通讯媒介，与光纤、微波、明线一样，有一定的适用范围。 它提供某些特殊条件下专网中监控信号的实时、可靠的数据传输，具有成本低、 安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、覆盖范围远的特点，适合点多而分 散、地理环境复杂等场合。在很多专网领域有广泛的应用，如安防、工控等领域。 国内外，在工控领域对电台的使用案例较多，最近，将互联网技术与无线电 台技术相结合是无线电台应用领域的一个新动向。本文通过设计并研究出一种新 型的
3、嵌入式网络控制器。充分利用电台技术与互联网技术各自的优势，不仅可以 拓展无线电台的通信范围，而且可以对电台进行远程控制。 本文主要介绍了嵌入式无线电台网络控制器的硬件和软件设计与实现。硬件 方面，完成了除核心板之外的功能电路的设计，其中主要包括电源模块、网络模 块、语音模块、I 0 接口模块等。软件方面，完成L i n u x 平台上网络编程、设备驱 动、C 语言e g i 0 & & F D I S S E T ( b u t t o n s j d ，& r d s ) ) 读取键值 r e a d ( b u t t o n s _ f d ，& k e y _ _ v a l u e
4、，s i z e o fk e y _ v a l u e ) ； 控制器没有被外部钳制，处于i n a c t i v e 状态，并且获取的键值为2 9 i f ( ( ! I s C o n t r l e d ) & k e y _ v a l u e = = 2 9 & I s W o r k i n g o ) 南京师范大学硕士学位论文 发送P T TI ，命令到服务器 w r i t e ( s e n d C m df d ，e m d O ，s t r l e n ( e m d O ) ) ； 产生采集音频数据的子进程 i f 【( p i d l = f o r k ( )
5、 ) e l s ei f ( p i d l 0 1 采集语音数据子模块 s o u n dr e c ( ) ； 重置控制器的工作状态及工作模式 控制器没有被外部指令钳制，处于a c t i v e 状态m a s t e r 模式，且获取到键值12 9 r i s ei f ( ( ! I s C o n t r l e d ) & & k e y _ v a l u e 一12 9 & & I s W o r k i n g & & I s M a s t e r ) ) ，控制器收到到网络控制命令 i f ( r e t 0 & & F D _ l S S E T ( r e c v
6、 c m d _ f d ，& r d s ) ) i ：r e c v f r o m ( r e c v c m d _ f d ，r e c v c m d ，10 ，O , N U L L ，& s o c k l e n ) ； 如果控制器没有被外部钳制，处于i n a c t i v e 状态s l a v e 模式收到P 1 盯L 命令 i f ( ( ! I s C o n t r l e d ) & ( ! I s W o r k i n g ) & ( ! I s M a s t e r ) & & ! s t r c m p ( r e c v c m d , “ P T
7、 TL ”) ) ) 如果控制器处于a c t i v e 状态s l a v e 模式没有被外部钳制，收到P T TH 命令 i f ( ( ! I s M a s t e r l I & & ( I s W o r k i n g ) & & ( ! I s C o n t r l e d ) & & ! s t r c m p ( r e c v c m d , “ P 1 - H ”) ) 在指定I O 端E l 产生高电平 i o c t l ( 1 e d _ f d ，0 ，2 ) ； ) 通过r e c v O u t C m df d 响应网络事件 i f ( r e t O
8、 & & F D _ I S S E T ( r e e v O u t C m d _ f d ，& r d s ) ) ，如果命令字符串等于C L O S EO N E i f O s t r c m p ( r e c v c m d ，”C L O S EO N E ”) & & 0 I s C o n t r l e d ) ) 如果收到命令字符串等于O P E NO N E i f ( 1 s t r c m p ( r e c v c m d ，”O P E N _ O N E ”) & & ( ! I s M a s t e r ) & & ( ! I s W o r k i
9、n g ) & & I s C o n t r l e d ) 如果收到命令字符串等于C L O S E 一札L i f ( r e t O & & F D _ I S S E T ( r e e v C l o s e A l l _ f d ，& r d s ) ) ， 收到打开远程串口命令 i f ( ( ! i st r yw o r k ) & ( ! s t r c m p ( r e c v c m d , “ S T A R T _ 2 3 2 ”) ) ) ) 南京师范大学硕士学位论文 4 。6 语音编解码模块的设计 4 6 1 语音编解码模块的移植和优化 在项目设计过程中考
10、虑到时间人力等因素，没有自己从头开始去设计语音编解 码算法，而是充分利用开源组织贡献的代码，并进行优化和改进，最终设计出适合 无线电台网络控制器使用的编解码模块。我们移植的代码遵循1 1 U 定义的标准 G 7 2 x ，它是线性预测分析合成编码和码本激励矢量量化技术2 0 1 ，即混合编码的方 法。下面是从开源组织获得的编码模块部分代码： 读输入文件并处理数据 w h i l e ( f r e a d ( i n _ b u f , i n _ s i z e , 1 ，s t d i n ) = = 1 ) 注意输入是s t d i n c o d e = ( * e n c _ r o
11、 u t i n e ) ( i n _ s i z e 一27s a m p l e s h o r t ：s a m p l e _ c h a r , i n _ c o d i n g & s t a t e ) ； r e s i d = p a c k _ o u t p u t ( c o d e ，e n c _ b i t s ) ； ) 惴码模块 h a tp a c k _ o u t p u t ( u n s i g n e d c o d e ，i n t b i t s ) ； i f ( o u tb i t s = 8 ) 如果编码后的b i t 总数超过8
12、，则输出到s t d o u t 将编码器输出的这个u c h a r 型变量写到标准输出 f w r i t e ( & o u t b y t e ，s i z e o f ( c h a r ) ，l ，s t d o u t ) ；! f 意编码后的数据输出到s t d o u t 下面是解码模块的部分代码： ，读取数据并处理 w h i l e ( u n p a c k _ i n p u t ( & c o d e ，d e c _ b i t s ) _ 0 ) 注意解码器的输出是s t d o u t f w r i t e ( & s a m p l e ，o u t _
13、_ s i z e ，1 ，s t d o u t ) ；) 解码子模块 h a t u n p a c k _ i n p u t ( u n s i g n e dc h a r c o d e ，i n t b i t s ) i f ( i n _ b i t s 幸c o d e = i n b u f f e r & ( ( 1 p a y l o a d ，a u d i o _ p a c k - p a y l e n , b u f 2 ，& o u t _ l e n g t h ) ；l l 抽取语音数据送 交9 7 2 x 模块 d e l e t ea u d i
14、o _ _ p a c k ； ) w h i l e ( a u d i o s e s s G o t o N e x t S o u r c e W i t h D a t a 0 ) , ) J R T P L I B 为R T P 数据报定义了三种接收模式，其中每种接收模式都具体规定了 哪些到达的R T P 数据报将会被接受，而哪些到达的R T P 数据报将会被拒绝。通过 调用R T P S e s s i o n 类的S e t R e c e i v e M o d e ( ) t 2 3 】方法可以设置下列这些接收模式： R E C E I V E M O D EA L L 缺
15、省的接收模式，所有到达的R T P 数据报都将被接受； R E C E I V E M O D EI G N O R E S O M E 除了某些特定的发送者之外，所有到达的R T P 数 据报都将被接受，而被拒绝的发送者列表可以通过调用A d d T o l g n o r e L i s t 0 、 D e l e t e F r o m l g n o r e L i s t ( ) 和 C l e a r l g n o r e L i s t ( )方法来进行设置； R E C E W E M O D EA C C E P T S O M E 除了某些特定的发送者之外，所有到达的R
16、T P 数 据报都将被拒绝，而被接受的发送者列表可以通过调用A d d T o A c c e p t L i s t0 、 D e l e t e F r o m A c c e p t L i s t 和C l e a r A c c e p t L i s t ( ) 方法来进行设置。 服务器只接受来自处于m a s t e r 状态的控制器发来的语音数据包，而处于s l a v e 模式的控制器只接受来自服务器转发的数据包。 J R T P L I B 是一个高度封装后的I 盯P 库，我们在使用它时很多时候并不用关心 R T C P 数据报是如何被发送和接收的，因为这些都可以由J R T P L I B 自己来完成。只 要P o l l D a t a 0 或者S e n d P a c k e t 0 方法被成功调用，J
