公用電話本身具有分布廣泛的特性，可以成為接入互聯(lián)網(wǎng)并提供服務(wù)信息的良好載體。而傳統(tǒng)的公用電話只能提供語音服務(wù)，對(duì)接入互聯(lián)網(wǎng)和提供信息服務(wù)則無能為力。

　　本文設(shè)計(jì)了一種符合公用電話發(fā)展方向的信息終端。它不僅提供了傳統(tǒng)公用電話的所有功能，而且借助ISDN數(shù)字網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)提供了INTERNET的接入服務(wù)。人們可以享受比PC接入公用互聯(lián)網(wǎng)更方便的各項(xiàng)功能，可以利用信息終端瀏覽網(wǎng)頁。信息終端還提供了SMTP和POP3的功能，憑借中文輸入法和T9英文輸入法可以很方便的收發(fā)電子郵件。電信運(yùn)營商可以方便通過信息終端提供各種收費(fèi)信息服務(wù)，這其中也包括廣告商發(fā)布的各種廣告。

　　信息終端的接入方式如下圖1：

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　　圖1：信息終端的接入方式

　　1 信息終端的總體設(shè)計(jì)

　　信息終端屬于公用電話領(lǐng)域，在功耗，接入方式，操作方便性等方面都有特殊要求，因此采用標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　信息終端的處理器選用Soc嵌入式處理器ARM7系列中的EP7312。處理器采用ARM7TDMI的處理器內(nèi)核，有8K字節(jié)高速緩沖存儲(chǔ)器(CACHE)，支持MMU，帶64路TLB(translation look-aside buffer);寫緩沖器。超低功耗(典型值)74MHZ工作狀態(tài)時(shí)為90mW，18MHZ工作狀態(tài)時(shí)為30mW，空閑狀態(tài)時(shí)為10mW(CPU時(shí)鐘停止，其余工作)，掛起狀態(tài)時(shí)<1 mW(實(shí)時(shí)時(shí)鐘工作，其余停止工作)。

　　操作系統(tǒng)采用NUCLEUS嵌入式操作系統(tǒng)。NUCLEUS嵌入式操作系統(tǒng)提供源代碼，用戶能夠深入地了解底層內(nèi)核的運(yùn)作方式，并可根據(jù)自己的特殊要求改動(dòng)系統(tǒng)軟件。它采用了先進(jìn)的微內(nèi)核 ( Micro-kernel ) 技術(shù)，在優(yōu)先級(jí)安排，任務(wù)調(diào)度，任務(wù)切換等各個(gè)方面都有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)防止優(yōu)先級(jí)倒轉(zhuǎn)等的方面都有一定的獨(dú)到之處。而且，能夠結(jié)合 Paradigm，SDS以及 ATI自己的多任務(wù)調(diào)試器組成功能強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境。另外NUCLEUS除提供功能強(qiáng)大的內(nèi)核操作系統(tǒng)外，還提供種類豐富的功能模塊。

　　信息終端利用ISDN接入公用互聯(lián)網(wǎng)，由于ISDN交換機(jī)有遠(yuǎn)供的能力(可以提供1瓦的電力)，接入終端不需要外接電源，接入方式簡單。這對(duì)于一種公用電話的替代產(chǎn)品來說非常理想的。而且ISDN網(wǎng)性能穩(wěn)定，使用靈活，技術(shù)成熟。信息終端可以充分利用ISDN的兩個(gè)B通道可以給用戶提供一種公用互聯(lián)網(wǎng)接入方式，在這個(gè)平臺(tái)基礎(chǔ)上就可以開發(fā)出各種形式的增值服務(wù)。

　　2 信息終端的硬件設(shè)計(jì)

　　信息終端主要包括主板、電源板、讀卡器板、電話鍵盤板、功能鍵盤板、液晶屏。

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　　圖2 信息終端總體設(shè)計(jì)圖

　　信息終端硬件的核心是終端主板，它負(fù)責(zé)管理鍵盤掃描、外圍狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。LCD接口提供320×240分辨率的顯示屏用以顯示數(shù)據(jù)、圖像，以及與用戶交互信息。另外，由于信息終端屬于公用電話系統(tǒng)，還需包含讀卡器板、功能鍵盤板、門開及摘掛機(jī)檢測(cè)等功能模塊。

　　本系統(tǒng)充分利用ISDN交換機(jī)的供電能力，電源板從ISDN線路取電，經(jīng)變換后向主板提供+5V和+3.3V電源。自帶后備電池，保證在線路掉電時(shí)，能完成正在進(jìn)行的操作和保存記錄。

　　2.1 主板的原理框圖

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　　圖3：主板原理框圖

　　主板由嵌入式處理器(EP7312)、FLASH(INTEL公司的28F320C3)、SDRAM(W986416DH)、ISDN參考模型中的U接口控制芯片(MC145576)、聲音編解碼芯片(MC145481)、ISDN數(shù)據(jù)鏈路控制芯片(HFC-S+)等芯片組成。

　　EP7312通過總線對(duì)FLASH、SDRAM、HFC-S+進(jìn)行控制。處理器通過對(duì)HFC-S+進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)ISDN 通話及通信的功能。MC145576芯片主要完成ISDN參考模型中的S/T接口和U接口之間轉(zhuǎn)換。主板上集成8M的FLASH存貯空間，分為兩個(gè)部分，其中3M作為程序空間，剩下存放和MS-DOS4兼容的文件系統(tǒng)。HFC-S+支持B通道和D通道高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)，向外提供GCI總線、 FIFO控制等。MC145481 CODEC芯片是一個(gè)PCM編解碼芯片，它實(shí)現(xiàn)聲音的數(shù)字化和重組。

　　在EP7312的鍵盤掃描各口線上都加上雙向過壓保護(hù)二極管BAV99及防短路的電阻，提高了防靜電能力及防短路能力。主板時(shí)鐘芯片采用PHILIPS的PCF8563芯片以防止停振。

　　3 信息終端的軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的軟件主要分為啟動(dòng)代碼，芯片驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，操作系統(tǒng)和ISDN協(xié)議棧的移植，應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)等。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖4：

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　　圖4：系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

3.1 啟動(dòng)代碼的設(shè)計(jì)

　　啟動(dòng)代碼在信息終端的設(shè)計(jì)中是很重要的一環(huán)，它是EP7312處理器在冷啟動(dòng)后首先執(zhí)行的一段代碼，用ARM匯編指令編寫。在這一段程序中要執(zhí)行一些必須的初始化任務(wù) ，例如中斷向量表的初始化、SDRAM控制器初始化、存儲(chǔ)器管理單元(MMU)初始化等等。

　　設(shè)置入口指針：啟動(dòng)程序首先必須定義入口指針，而且整個(gè)應(yīng)用程序只有一個(gè)入口指針。

　　設(shè)置中斷向量表：ARM7要求中斷向量表必須設(shè)置在從0地址開始，連續(xù)8×4字節(jié)的

　　空間，分別是復(fù)位、未定義指令錯(cuò)誤、軟件中斷、預(yù)取指令錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)存取錯(cuò)誤、IRQ、FIQ和一個(gè)保留的中斷向量。

　　初始化堆棧和CPU寄存器：系統(tǒng)堆棧初始化取決于用戶使用的中斷，以及系統(tǒng)需要處理的錯(cuò)誤類型。還需要設(shè)置CPU相關(guān)的寄存器，以確定系統(tǒng)使用的SDRAM和其它外設(shè)芯片的刷新頻率，數(shù)據(jù)總線寬度等信息。

　　初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)：系統(tǒng)集成有MMU來管理內(nèi)存空間。

　　改變處理器模式、狀態(tài)：本系統(tǒng)讓處理器一直處于超級(jí)用戶模式。

　　初始化C語言所需的存儲(chǔ)器空間：在初始化期間應(yīng)將系統(tǒng)需要讀寫的數(shù)據(jù)和變量從

　　FLASH拷貝到SDRAM里。并要對(duì)一些全局的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，如BSS數(shù)據(jù)段。

　　跳轉(zhuǎn)到C程序入口：啟動(dòng)代碼跳到C程序的入口，開始一段NUCLEUS操作系統(tǒng)的初始化和應(yīng)用程序初始化的代碼。

　　啟動(dòng)代碼的流程框圖如下圖5：

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　　圖5：啟動(dòng)代碼的流程圖

　　3.2 ISDN協(xié)議棧的移植

　　信息終端通過ISDN網(wǎng)接入INTERNET，因此必須在操作系統(tǒng)之上移植ISDN協(xié)議棧。本文采用的ISDN用戶-網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議棧和X.25協(xié)議棧是來自ISDN-BRICKS的商用軟件包[15-21]，它滿足ITU-T的I.430、Q.921、Q.931、X.25和X.31以及相應(yīng)的中國標(biāo)準(zhǔn) [1-7]。

　　ISDN和X25協(xié)議棧軟件包是一個(gè)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編寫的通用軟件包。該軟件包按多進(jìn)程/多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)，支持不同的實(shí)現(xiàn)環(huán)境，如操作系統(tǒng)、CPU 和編譯系統(tǒng)等。一個(gè)多進(jìn)程/多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境一般必須具有以下功能：進(jìn)程/任務(wù)調(diào)度、進(jìn)程/任務(wù)之間的通信、共享資源的互斥訪問、內(nèi)存管理以及定時(shí)管理。但是，即使同是多任務(wù)操作系統(tǒng)，也還存在著實(shí)現(xiàn)機(jī)制和函數(shù)調(diào)用句法的不同。NUCLEUS雖是一個(gè)能提供上述功能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，但通用的ISDN和 X25協(xié)議棧軟件包必須經(jīng)過移植，才能在NUCLEUS操作系統(tǒng)下運(yùn)行。

　　因此,ISDN和X25協(xié)議棧軟件包的移植工作必須在以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

　　1)將創(chuàng)建SERVER移植為創(chuàng)建NUCLEUS的任務(wù)。

　　2)用NUCLEUS的內(nèi)存管理機(jī)制創(chuàng)建協(xié)議棧共享資源，如消息塊、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)塊、定時(shí)管理單元數(shù)據(jù)塊以及動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存塊。

　　3)將對(duì)通用郵箱的收發(fā)操作移植為對(duì)NUCLEUS的消息隊(duì)列的收發(fā)操

　　作。

　　4)將對(duì)共享資源的鎖定管理移植為對(duì)NUCLEUS的信號(hào)燈的管理。

　　5)將定時(shí)管理模塊移植為NUCLEUS的定時(shí)超時(shí)函數(shù)。

　　6)將通用的禁中斷操作移植為NUCLEUS的禁中斷操作。

　　3.3 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　應(yīng)用程序包括主控模塊，廣告模塊，維護(hù)模塊，語音模塊，輸入法，瀏覽器等。

　　在設(shè)計(jì)過程中要注意以下幾點(diǎn)：

　　注意內(nèi)存釋放：內(nèi)存申請(qǐng)一定要釋放，特別是程序在對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行處理的時(shí)候。

　　特定地址保護(hù)：嵌入式操作系統(tǒng)并不像WINDOWS操作系統(tǒng)那樣對(duì)一些重要的地址都

　　作了保護(hù)。因此在寫應(yīng)用程序時(shí)要特別注意指針的運(yùn)用，不能讓非法指針出現(xiàn)。

　　注意多任務(wù)的環(huán)境：因?yàn)樵谇度胧较到y(tǒng)中每個(gè)模塊都有自己的任務(wù)，當(dāng)前任務(wù)的運(yùn)行不能影響其它模塊。

　　4 結(jié)束語

　　本文所介紹的信息終端在硬件上具有性能穩(wěn)定，功耗極低，接入方式簡便，使用方便的特點(diǎn)。在操作系統(tǒng)移植和驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)上與硬件緊密結(jié)合，具有良好的入網(wǎng)兼容性，人機(jī)交互良好等特點(diǎn)。