引言
在高檔酒店客人坐在圓形的餐桌旁，通過觸摸面前的電腦屏幕選擇食物，不久選中的食物便通過軌道輸送到客人面前。這一自動點(diǎn)餐系統(tǒng)" title="自動點(diǎn)餐系統(tǒng)">自動點(diǎn)餐系統(tǒng)避免了人工服務(wù)造成的等待、服務(wù)態(tài)度等問題，同時提供了強(qiáng)大的娛樂功能。同樣，該系統(tǒng)也適合于娛樂及辦公場所，大家可以在各自的包間或辦公室很方便地點(diǎn)餐。
系統(tǒng)功能
系統(tǒng)框圖示于圖1。Blackfin處理器是專門為滿足當(dāng)今嵌入式音頻、視頻和通信應(yīng)用計算要求和低功耗條件設(shè)計的嵌入式處理器[1]。系統(tǒng)包含有一片Blackfin系列雙核處理器ADSP" title="DSP">DSP-BF561[2]，視頻采集解碼芯片ADV7183B,音頻編解碼芯片ADV1836A，SDRAM數(shù)據(jù)存儲器，F(xiàn)LASH程序存儲器，以太網(wǎng)芯片LAN91C111,LCD觸摸屏，SD卡、UART接口，按鍵，指示燈等。
系統(tǒng)通過擴(kuò)展了SD卡，移植了FAT文件系統(tǒng)，作為照片、視頻、電子書等數(shù)據(jù)的存儲。通過ADSP-BF561內(nèi)部的SPI總線，從SD卡內(nèi)部將數(shù)據(jù)讀到SDRAM里，同樣，SDRAM的數(shù)據(jù)也可以通過SPI總線寫回到SD卡內(nèi)部。
從SD卡讀到SDRAM內(nèi)部的菜品的圖片，通過一些處理，轉(zhuǎn)化成適合320×240彩色LCD顯示的RGB-24Bit格式的圖像數(shù)據(jù)，之后，通過并行外設(shè)接口(PPI)送給LCD控制器，進(jìn)行菜品圖片的顯示。
系統(tǒng)擴(kuò)展了LAN91C111芯片作為網(wǎng)絡(luò)主控芯片。ADSP-BF561通過外部接口擴(kuò)展總線(EBIU)，與LAN91C111進(jìn)行讀寫通訊。LAN91C111的網(wǎng)絡(luò)輸出經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)變壓器后，接到RJ-45接口上，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的硬件連接。LAN91C111芯片通過DMA方式和中斷引腳，與ADSP-BF561進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。軟件方面，通過VDK實(shí)時內(nèi)核上移植的LWIP，進(jìn)行TCP/IP協(xié)議的開發(fā)。
視頻數(shù)據(jù)（PAL制）通過同軸電纜接入到視頻解碼器ADV7183內(nèi)部，經(jīng)過采樣，視頻解碼，輸出ITU-656格式的圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)通過PPI，以8bit的數(shù)據(jù)寬度，SCLK/2的速度，DMA方式傳輸?shù)絊DRAM中。利用PPI的同步數(shù)據(jù)口與ADV7183的幀同步、場同步、行同步等信號進(jìn)行相連，完成視頻數(shù)據(jù)的同步。對ADV7183的上電配置是通過ADSP-BF561的通用編程接口(PF)實(shí)現(xiàn)I2C協(xié)議，完成數(shù)據(jù)格式、增益控制、曝光控制等配置。
從視頻解碼器ADV7183讀到SDRAM的視頻數(shù)據(jù)是ITU-656格式的（UYVY4:2:2格式）經(jīng)過YUV到RGB的算法變換，轉(zhuǎn)變成適合彩屏LCD顯示的RGB24bit數(shù)據(jù)，通過PPI傳輸給LCD控制器，實(shí)現(xiàn)視頻的采集和播放。
顧客的語音留言通過麥克風(fēng)輸入到音頻編解碼器AD1836中，經(jīng)過音頻A/D的采樣、量化、解碼后，通過DSP的Sport口傳輸?shù)絊DRAM中進(jìn)行暫時的存儲[3]，之后，通過MDMA傳輸?shù)絊D卡中，進(jìn)行顧客意見的語音保存。AD1836通過ADSP-BF561的串行外設(shè)接口(SPI)配置成44kHz的采樣率、16bit的采樣寬度。
SD卡中的音頻數(shù)據(jù)（歌曲）通過SPI讀取到SDRAM中，由ADSP-BF561解碼后，通過串口(SPORT)以DMA方式，傳輸給AD1836音頻編碼器，再通過揚(yáng)聲器或者耳機(jī)輸出，實(shí)現(xiàn)了歌曲的播放。
此外，系統(tǒng)擴(kuò)展了NAND Flash作為大容量的數(shù)據(jù)存儲，擴(kuò)展了4×4鍵盤和指示燈，擴(kuò)展了Flash作為程序固化，擴(kuò)展了消防信息報警的接口。
圖1 系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)功能如下：
瀏覽菜單：菜品圖片通過SD卡，以BMP格式進(jìn)行存儲。當(dāng)用戶瀏覽菜單的時候，ADSP-BF561通過菜品的文件名，讀取SD卡中對應(yīng)的菜品的圖片，顯示在彩屏LCD上。顧客可以根據(jù)菜單進(jìn)行選擇菜品進(jìn)行瀏覽，菜品也可以滾動的播放。
顧客點(diǎn)餐：顧客通過瀏覽菜單菜品的圖片，選擇自己滿意的菜品，之后選擇點(diǎn)餐按鈕，即可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)餐功能。此外，顧客還可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行點(diǎn)餐和預(yù)定菜品，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)餐的智能化和靈活化。
娛樂功能：終端提供了強(qiáng)大的娛樂功能，包括：聽音樂、閱讀電子書、觀看菜品制作過程視頻等等。顧客在等餐的過程中，可以通過觸摸屏選擇這些娛樂功能，緩解等餐過程中焦急的心情，也達(dá)到了放心愉快用餐的目的。
語音留言和播放：顧客在用餐結(jié)束后，對餐廳的反饋意見可以通過語音的形式，由麥克風(fēng)輸送給音頻解碼芯片AD1836，經(jīng)過音頻A/D采樣、量化、解碼后，存儲在SDRAM中，之后通過存儲在NAND Flash中，實(shí)現(xiàn)用戶意見的保存。餐廳經(jīng)營者可以通過菜單把用戶的語音留言播放出來，根據(jù)用戶的意見。
網(wǎng)絡(luò)功能：系統(tǒng)擴(kuò)展了LAN91C111作為網(wǎng)絡(luò)主控芯片。在軟件上，在VDK內(nèi)核的基礎(chǔ)上移植了LWIP作為網(wǎng)絡(luò)主要結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了TCP/IP在ADSP-BF561上的移植[4]，完成了C-S(客戶端-服務(wù)器)模型下的網(wǎng)絡(luò)Socket的建立、連接、傳輸、斷開等功能。并且，在標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP的基礎(chǔ)上，開發(fā)了應(yīng)用層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)餐終端與上位機(jī)電腦直接的數(shù)據(jù)的傳輸。
軟件設(shè)計
ADSP-BF561上實(shí)現(xiàn)的軟件通過采用VDK創(chuàng)建線程，線程之間通過信號量(semaphore)和消息(message)來傳遞信息和完成線程的同步。利用硬件標(biāo)志(device flag)來完成外設(shè)和DSP的同步。利用中斷和中斷嵌套來處理DMA以及突發(fā)事件。通過對每個應(yīng)用程序創(chuàng)建一個線程，用線程的優(yōu)先級和消息進(jìn)行互相的調(diào)度和管理，并且，編寫ADV7183，AD1836及LAN91C111等設(shè)備的驅(qū)動，用優(yōu)先級管理中斷服務(wù)程序，調(diào)用VDK的API函數(shù)。雙核軟件結(jié)構(gòu)示于圖2。
圖2 雙核軟件結(jié)構(gòu)
程序采用了菜單結(jié)構(gòu)，上電初始化后顯示主菜單，通過用戶的對觸摸屏的點(diǎn)擊，開始顯示二級子菜單，然后用戶可以返回上級菜單和跳轉(zhuǎn)到下級子菜單。程序最多有5級菜單，為用戶提供了一個良好的人機(jī)交互的界面。主程序流程示于圖3。
圖3 主程序流程
在網(wǎng)絡(luò)傳輸點(diǎn)餐信息方面，DSP端程序主要是在VDK內(nèi)核上通過LWIP移植了TCP/IP協(xié)議簇。VDK作為一個同Visual DSP++一起發(fā)售的內(nèi)核，很好地集成到了 VisualDSP++中。在VDK的基礎(chǔ)上，通過開發(fā)Socket服務(wù)器程序，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)餐信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸及網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)餐的功能。
程序的加載是指把程序固化在FLASH中，在上電后，程序能脫離開仿真器獨(dú)立的加載和運(yùn)行，這一步是任何一個產(chǎn)品開發(fā)過程中必須做到的工作。ADSP-BF561的加載過程非常的復(fù)雜，主要分為：1、簡單程序的加載；2、單核程序的加載；3、雙核程序的加載；4、復(fù)雜的程序(雙核，程序運(yùn)行在外存中)加載。VDK內(nèi)核下的LWIP程序，以及視音頻的采集、編解碼等等，巨大的程序量使程序必須在外存中運(yùn)行，而且必須采用雙核處理器來增加處理性能，本設(shè)計的程序加載屬于最復(fù)雜的第4類加載。在程序的加載過程中，我們從簡單的程序開始反復(fù)的試驗，逐步的了解ADSP-BF561的加載過程，通過閱讀大量的資料，與ADI的國內(nèi)和國外的技術(shù)支持進(jìn)行了聯(lián)系，最終解決了這個難題。
結(jié)語
系統(tǒng)充分利用雙核DSP-BF561的硬件資源，使得Blackfin系列DSP的音視頻處理性能得到充分的發(fā)揮。通過合理的設(shè)計了DSP外圍的器件，實(shí)現(xiàn)了音頻的采集與播放、視頻的采集與顯示、觸摸屏的互動、SD卡和NAND flash等大容量存儲器的使用。采用了VDK內(nèi)核管理程序的進(jìn)程，在DSP上移植了TCP/IP協(xié)議簇，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)餐信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸及網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)餐的功能。存儲在終端的菜品的海量圖片可以動態(tài)的瀏覽和播放。提供了強(qiáng)大的娛樂功能。顧客可以在用餐后通過終端對菜品進(jìn)行語音評價。
采用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正意義上的“無人智能餐廳”。