基于Android的MT8880芯片的设计与实现
文波，周渊平（四川大学 电子信息学院，四川 成都 610065）
Android是一种基于Linux的开源操作系统,它具有十分丰富的应用。文章提出了将搭载有Android系统的主板TQ210和双音多频拨号芯片MT8880通过主板上的摄像头B接口连接起来，设计一个可以在Android系统上接听和拨打有线电话的应用,然后在 Linux 内核中编写驱动程序，并在HAL层和JNI层中生成动态库文件，实现在Android平台上通过有线接听和拨打电话的功能。经过测试,该设计方案能成功接听和拨打电话。
Android; 有线电话; MT8880; HAL; JNI
随着移动通信技术的发展，移动通信经历了从第一代到第四代的飞速发展，目前，5G通信已经进入测试阶段。然而移动通信的每一次改变，通信频率几乎是成倍增加，使得每一个基站的信号覆盖率会越来越小，这样就会要求建立更多的基站，但是在城市里，居民不可能同意在自己的小区及小区附近建立基站，所以可以大胆预测，当5G通信到来时，室内的信号将会比较弱，手机通话质量会大大降低，这样使得辐射也会大大增加，通话稳定性将会显著降低。所以本文提出了一种在搭载有Android4.0系统的主板TQ210上拨打有线电话的方法，既可以克服手机在室内信号差的不足，又可以在主板上完成手机所具有的所有功能，这样在室内就可以完全不用手机。
1硬件系统设计
硬件系统由主板TQ210与MT8880模块及其外围电路构成，如图1所示。主板TQ210采用了三星公司推出的S5pv210微处理器［1］，从图1中可以看出主板TQ210的外围电路十分齐全。只需要将TQ210开发板的GPIO接口与MT8880模块连接起来，就可以实现在搭载有Android系统的主板上接听和拨打电话的功能。
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1.2MT8880模块简介
MT8880收发芯片是具有微处理器接口的、功能较丰富的双音多频(DTMF)芯片。它的发送部分采用行列计数器及频率稳定性较高的D/A转换器，可以发出16种双音多频DTMF信号；接收部分能接收16个DTMF信号，并把DTMF信号分离及解码，以4位并行二进制方式输出［2］。MT8880芯片的功耗非常低，集成度相当高且定时准确，可以调整双音频模式的占空比，能自动抑制拨号音和调整信号增益，还带有标准的数据总线，可以与TTL电平兼容，并可方便地进行编程控制［3］。
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1.2.1引脚排列与功能
MT8880芯片引脚排列如图2所示。该芯片有20个引脚，其中1脚为运放的同向输入引脚；2脚为运放的反向输入引脚；3脚为运放增益选择端；4脚为基准电压输出端；5脚为电源地；6脚为DTMF时钟/振荡器输入，采用3.579 545 MHz的时钟信号；7脚为时钟输出引脚；8脚为输出DTMF信号引脚；9脚为读写控制端；10脚为片选引脚；11脚为寄存器选择引脚，当为低电平时，控制数据寄存器的读写，当为高电平时，控制状态寄存器和控制寄存器的读写；12脚为系统时钟输入；13脚为中断处理请求端；14~17脚为数据线，控制DTMF信号的发送和接收；18脚为滞后前输出，当检测到有效音频时，就变为高电平，信号条件不足时又立刻返回低电平；19脚为滞后输出/保护后输出；20脚为电源正极，为该芯片提供所需电压［4］。
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1.2.2信号音判断原理
信号音主要由拨号音、忙音及回铃音组成，其中拨号音是连续脉冲信号，忙音和回铃音的频率相同，都在425 Hz~475 Hz，但它们通断时间并不一样，回铃音在1 s时间为通，4 s时间为断开，而忙音则是以0.7 s为一个周期，在一半的时间接通，一半的时间断开。若要判断信号音，应该在拨号后将MT8880芯片设置为呼叫处理模式，MT8880的呼叫处理滤波器是一个带通滤波器，当信号输入端有信号音输入时，在IRQ/CP就输出一高电平，此时电话呼叫过程中的各种信号音经MT8880滤波，限幅后得到方波，并由MT8880芯片的IRQ引脚输出，判断该引脚上的信号就知道为何种信号音。
在本次编程中，拨完电话号码后，就让MT8880芯片工作在CP模式，并开启中断及定时器，采用下降沿触发，计数时间为5 s，判断步骤如下：
(1)若计数值小于256则为拨号音，进入其他状态并继续检测。若计数值还是小于256，则说明还是在通话中，一直检测，直到计数值大于256后就挂断电话，因为此时对方已经挂断了电话。
(2)如果计数值在1 024~1 791之间，则为忙音，直接挂断电话。
(3)若计数值在256~1 023，则为回铃音，等待对方接听，并继续进入CP模式检测。
1.2.3MT8880模块与主板连接原理
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由于TQ210主板上并没有直接可用的GPIO口，经过查阅电路图发现摄像头接口CAMERA_B的引脚与GPIO口复用，它使用了GPJ0口的全部引脚和GPJ1口的部分引脚。若要将此接口作为GPIO口，只需要将原来配置的摄像头驱动中对GPJ1、GPJ0引脚的初始化代码去掉，然后在自己写的驱动中对这些引脚初始化成所需的功能即可。图3为MT8880模块输入输出接口与开发板的GPIO接口对接图，其中D0~D3为数据线，当打电话时，把这4个脚配置为输出，当接电话时，把这4个脚配置为输入，为以后做来电显示做准备。具体每个脚的功能见表1。
2软件设计
Android系统的底层是Linux［5］，所以所有的软件设计都是在Ubuntu14.04系统上完成的，要使该芯片能够正常工作，则必须要在Linux内核中编写相应的驱动文件，在HAL层和JNI层生成动态库文件以及在应用层编写应用程序［6］。
2.1MT8880驱动开发
在/opt/EmbedSky/TQ210/Kernel_3.0.8_TQ210_for_Linux_v1.4/drivers/char目录下新建一个tq210_mt8880.c，然后在tq210_mt8880.c文件里编写好程序后并保存，修改该目录下的Kconfig文件，在终端执行命令make menuconfig时可以看到刚刚新增的配置选项，最后修改该目录下的Makefile文件，然后在make menuconfig中选择刚才加上的菜单，重新编译内核，如果成功，则内核就已经包含了最新加进去的MT8880驱动了。
2.2HAL层开发
硬件抽象层(Hardware Abstraction Layer,HAL)是建立在Linux驱动之上的一套动态库。这套动态库是属于Linux内核层之上的系统运行库层［7］。
Android系统的HAL层是为了避开Linux的GPL束缚，保护一些硬件供应商的知识产权而提出的，HAL层用于控制硬件的动作，而Linux 驱动程序仅仅完成一些简单的数据交互作用，甚至把硬件寄存器空间直接映射到user space［8］。目前HAL存在两种架构，位于libhardware_legacy目录下的“旧HAL架构”和位于hardware的libhardware目录下的“新HAL架构”。主板TQ210采用了“新HAL架构”。新HAL架构如图4所示。
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编写HAL层代码步骤如下：
(1)首先在TQ210_Android_4.0.4_V1.4/hardware/Libhardward/include下创建MT8880.h头文件，编写头文件源码并保存。
(2)然后在/opt/EmbedSky/TQ210/TQ210_Android_4.0.4_V1.4/device/embedsky/tq210目录下创建libMT8880文件夹，在该文件夹中新建MT8880.c文件，在该文件里编写源码，然后保存该文件，最后在该文件夹下创建Android.mk文件并编写该文件的源码，然后保存该文件。
(3)最后在终端输入相关命令进行编译，将在目录下生成的MT8880.tq210.so文件复制到主板上的system/lib/hw目录下，当然也可以放在其他目录下。
2.3JNI层开发
JNI的全称为Java Native Interface,它是Java平台的一部分，并允许Java代码与其他语言写的代码进行交互，使得在JVM(Java虚拟机)内部运行的Java字节码能够与其他语言(比如C、C++等)进行交互操作［9］，图5为JNI层在Android中的位置关系图。
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在/opt/EmbedSky/TQ210/TQ210_Android_4.0.4_V1.4/packages/apps中创建MT8880文件夹，用来存放jni源码，在该文件夹中新建文件MT8880Service.cpp,编写源码并保存，这里需要注意的是函数的前置Java_com_embedsky_MT8880_MT8880Activity_决定了创建应用程序使用的包名。其次创建Android.mk文件，编写源码并保存。最后在终端输入相关命令进行编译，将生成的libMT8880.so文件复制到主板对应的目录中［10］。
3测试及结果
在本次测试中，将TQ210开发板(搭载Android4.0系统)与MT8880模块及其外围电路通过开发板上的CAMERA_B接口连接起来，并把电话线接到MT8880上的RJ11接口上，然后打开开发板上的通讯录APP，点击按钮进行拨号。经过测试，该装置能顺利拨通要打的电话，并且语音质量良好，测试结果如图6~图8所示。
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4结论
本文实现了在Android系统上通过MT8880芯片拨打和接听有线电话的功能，并且该方案既有抗干扰能力强、辐射小、保密性强的通信特点，又具有Android平台的所有特性。如果将手机上的通讯信息同步到该系统上，然后直接在该系统上拨出要打的电话号码，即可完全实现无线与有线的融合，把两者的优点结合起来，这样该设计方案将更加完美。
参考文献
［1］ 广州天嵌计算机科技有限公司.TQ210用户硬件手册［Z］.2012.
［2］ 李传南，王剑刚，李宝华.单片机与DTMF信号收发芯片MT8880的直接接口设计［J］.电子与自动化,1999(2):23-24.
［3］ 张立臣.DTMF信号收、发芯片MT8888原理及应用［J］.国外电子元器件,2001(9):30-31.
［4］ 董守田，徐风文.DTMF收发芯片MT8888的应用［J］.农机化研究,2003(2):216-217.
［5］ 宋宝华.Linux设备驱动开发详解(第二版)［M］.北京：人民邮电出版社，2013.
［6］ 李刚.疯狂Android讲义［M］.北京：电子工业出版社，2015.
［7］ 李宁. Android开发权威指南［M］. 北京：人民邮电出版社,2011.
［8］ 韦德琼.基于Android系统的驱动模块的设计和实现［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2012.
［9］ 施月玲,宣凯,张海平,等.JNI技术在Android平台融合通信终端的应用［J］.杭州电子科技大学学报(自然科学版)，2015，28（2）:41-44.
［10］ 杜江，周渊平.基于Android的电话拨号功能［J］.计算机系统应用,2014,23(12):245-248.
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