2．3 CAN總線電路設計

　　在本系統(tǒng)中選用了帶隔離的CAN收發(fā)器模塊CTM8250。CTM8250是一款帶隔離的通用CAN收發(fā)器模塊，該模塊內(nèi)部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收發(fā)器件，這些都被集成在不到3 cm2的模塊上。模塊的主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平，并且具有DC 2500 V的隔離功能。

　　3 軟件設計

　　3．1 終端軟件設計

　　對于語音傳輸系統(tǒng)而言，實時性是一個重要的評價指標。在該語音終端的軟件設計中，引入了事件池的思想。事件池在具體軟件實現(xiàn)上是一個封裝好的結(jié)構(gòu)體數(shù)組，數(shù)組的大小為事件池中能同時容納的事件的個數(shù)，即在同一時刻，系統(tǒng)中允許最多發(fā)生事件的個數(shù)。

　　本系統(tǒng)軟件設計中，響應外中斷和功能函數(shù)的方式有兩種：

　　①依據(jù)外部中斷的類型或者功能函數(shù)的返回值，在結(jié)構(gòu)體數(shù)組中依據(jù)事件參數(shù)初始化一個結(jié)構(gòu)體變量，即在事件池中產(chǎn)生了一個待處理的事件。

　?、谠诮Y(jié)構(gòu)體數(shù)組（即事件池）中，依據(jù)事件參數(shù)遍歷查詢相應的結(jié)構(gòu)體，即依據(jù)事件參數(shù)遍歷查詢相應事件是否發(fā)生，并調(diào)用相應的功能函數(shù)；依據(jù)事件參數(shù)對該結(jié)構(gòu)體進行處理，即對發(fā)生的事件進行處理；一個事件（結(jié)構(gòu)體）處理成功結(jié)束后，重新初始化結(jié)構(gòu)體中的事件參數(shù)，即把處理完的事件在事件池中銷毀，如果事件處理失敗，則不改變事件參數(shù)，等待下一輪的處理。

　　這樣，微處理器在循環(huán)不斷地處理事件（結(jié)構(gòu)體）時，其實就是對系統(tǒng)中實時發(fā)生的各種情況進行快速響應，把封裝好的結(jié)構(gòu)體作為系統(tǒng)中各類事件的數(shù)學模型。

　　圖4為系統(tǒng)終端進行語音數(shù)據(jù)流收發(fā)和編解碼的軟件事件池示意圖。在本系統(tǒng)終端的軟件設計中，按鍵掃描模塊、CAN總線收發(fā)模塊、語音編解碼芯片CMX7261與LPC1768進行SPI數(shù)據(jù)通信等各種外部觸發(fā)都采用了中斷方式，減少了處理器的等待時間。在具體的軟件設計上，在CAN總線的收發(fā)控制中設定了兩級緩存，每級緩存都有對應的PUSH和POP兩個變量來實時地作為收發(fā)緩存填充的標志，語音數(shù)據(jù)流在收發(fā)過程中做到了非阻塞，提高了語音數(shù)據(jù)流的傳輸效率和語音編解碼效率。

　　當發(fā)生某一種特定的條件后，終端處理器并不是立馬去執(zhí)行相應的操作程序，而是產(chǎn)生相應的事件，初始化事件參數(shù)，放入軟件事件池中。語音終端的軟件設計由事件池作為系統(tǒng)軟件的協(xié)調(diào)者，簡化了軟件的開發(fā)流程，使得軟件開發(fā)層次清晰，效率高。

　　3．2 CAN總線應用層協(xié)議設計

　　CAN總線的底層硬件工作于OSI的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，CAN總線網(wǎng)絡通信協(xié)議僅解決了數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、錯誤處理等底層硬件數(shù)據(jù)傳輸問題，對于應用層數(shù)據(jù)并沒有規(guī)定相應的解析協(xié)議，應用層協(xié)議需要開發(fā)人員自定義，主要應考慮以下三個方面：數(shù)據(jù)幀格式確定、總線資源的分配、發(fā)送接收數(shù)據(jù)幀的分配。

　　該系統(tǒng)中，CAN應用層協(xié)議需要由開發(fā)人員進行設之間進行安全穩(wěn)定通信的關(guān)鍵。所以，CAN總線技術(shù)，特別是CAN總線應用層協(xié)議是該系統(tǒng)設計中的一個關(guān)鍵點和難點?，F(xiàn)在國內(nèi)外存在一些現(xiàn)有的CAN總線應用層協(xié)議標準（CANopen、CANbus），本系統(tǒng)以這些應用層協(xié)議標準作為參考，結(jié)合本系統(tǒng)的功能設計出適用于該系統(tǒng)的CAN總線應用層通信協(xié)議。

　　本系統(tǒng)在CAN應用層協(xié)議的設計中，對于單個終端節(jié)點而言，在收到CAN總線語音數(shù)據(jù)的條件下（有CAN總線中斷）沒有發(fā)送語音的權(quán)利，即接收的優(yōu)先級比發(fā)送的優(yōu)先級高，這樣就很好地避免了一條總線上語音數(shù)據(jù)流的沖突問題。在同一時間，整條CAN總線上最多只能有一對節(jié)點在進行語音數(shù)據(jù)的傳輸。

　　地面調(diào)度上位機在整個系統(tǒng)中是處于優(yōu)先級最高的地位，當井下終端節(jié)點在進行廣播通話的過程中接收有調(diào)度上位機的語音數(shù)據(jù)后，發(fā)送終端應該及時作出判斷，關(guān)閉發(fā)送功能，轉(zhuǎn)為接收調(diào)度上位機的語音數(shù)據(jù)。

　　在CAN總線的各個終端之間在進行數(shù)據(jù)發(fā)送接收工作時，調(diào)度上位機的控制信息仍然可以在總線中進行傳輸，不影響終端的語音傳輸?shù)墓δ堋＝K端節(jié)點在接收到調(diào)度上位機的控制信息后，應在空閑時進行相應的操作和回應。

　　結(jié)語

　　本文給出了基于G．729A語音編解碼技術(shù)的煤礦井下語音傳輸系統(tǒng)構(gòu)架、終端的軟硬件設計方案和CAN總線應用層協(xié)議設計方案，用事件池的軟件沒計思路實現(xiàn)了G．729A壓縮編碼的語音數(shù)據(jù)流在井下CAN總線的實時安全傳輸，實現(xiàn)了話音和高質(zhì)量語音信號在窄帶寬的CAN總線上實時傳輸?shù)墓δ?。本系統(tǒng)的方案新穎，成本低，實現(xiàn)簡單，對于煤礦井下語音傳輸系統(tǒng)的設計和開發(fā)有很好的借鑒意義。