以太网供电的网络广播系统设计

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。

　　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。

　　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。

　　系统初始化程序还要完成系统的网络分配、音频相关参数配置，并关闭不用的外设以尽可能地降低功耗。

　　软件系统还包括网络广播关键的TCP／IP、UDP协议库。应用软件包括完成文件系统管理、网络服务、邮件发送、文件传送、侦测报警等。网络服务程序完成把语音发送到网络的某个端口，以供其他网络设备来访问。

　　结语

　　本文介绍了以ARM926EJ-S微控制器为核心的网络广播设计与实现，网络供电模块LTCA267是恒定频率电流模式的片上DC／DC控制器，音频放大器LM48510无需加设外置升压转换器，便可确保新产品的输出功率保持稳定。目前，ARM926EJ-S在音频／视频、语音和多媒体等消费电子领域有着广泛的应用。因此，该系统具有广阔的应用前景。