Datamaskiner Prosjekt Innledning 1 Innledning Oppgaven består i å konstruere et digitalt simultanoversettelsessystem. Systemet som beskrives her er et enklere system enn det en kanskje kunne ønsket slik at oppgaven skal kunne gjennomføres, dvs lages og testes, av de få studenter i faget i år. Dessuten burde studentene ta hensyn til at dette er et prototype for et stører system slik at design bestemmelser underveis burde ta hensyn til hvordan systemet skal kunne ekspandere. Systemet burde kunne ha flere deltagerer, flere språk og/eller flere oversetter og selfølgelig er det mulighet for økt funksjonalitet og brukervennlighet. Systemet som er beskrevet er også bare et forslag og studentene har frihet til å komme med bedre mer effektiv løsninger og kanskje introdusere mer funksjonalitet. Dessuten må den endelig systemet kunne både bygges og testes i løpet av høsten. Timeplanen er gitt og må holdes slik at prosjekt er gjennomførbar. Noen komponenter er bestillt og kan ikke byttes. Andre komponenter skal velges med hensyn til både kostnad og tilgjengelighet. Alle design bestemmelser både med hensyn til det nåværende designet og fremtidas videre utvikling skal dokumenteres. Side 1
DM Gruppa, NTNU Beskrivelse av oversettelsessystem 2 Beskrivelse av oversettelsessystem Ved store møter er det ofte slik at ikke alle deltakere kan forstå hverandres språk. Man benytter derfor gjerne simultanoversettere, personer som er ansatt for å oversette i sann tid. Et slikt system er illustrert i Figur 1. Figur 1. Oversettelsessystem Taler Un nouveau système digital A new digital system Et nytt digitalt system Engelsk Engelsk Norsk Norsk Engelsk Norsk Norsk Oversettere Engelsk Engelsk Publikum I et slikt system behøver man en metode for å overføre taler til de forskjellige språkene ønsket av deltagerene. Dette kreves at hver tale oversettes av de relevante oversetterene og at de oversatt talene videreføres til de relevante deltagerene. Dvs at der er flere som snakker i systemet samtidig: taller og noen oversetter. Hovedutfordringen med et sanntidsoversettelsessystem er kommunikasjon. Kommunikasjon består av både protokollen og et ruting nettverk. Hvordan skulle protokollen kunne brukes for å mest effektiv overføre de forskjellige språkene slik at systemet skal kunne fungerer i sanntid? Hvordan skal det ruting nettverket håndtere kobling mellom en taler, som er også en deltagerer, oversetter og deltagerer? Hvordan skal systemet kunne vet hvilke språk hver person skal snakke i eller lytte til og hvordan skal de kunne vite om en oversetter, som for eksempel Norsk/Engelsk, skal snakke Engelsk eller Norsk på et gitt tidpsunkt? Side 2
Datamaskiner Prosjekt Kretskort Rutingen har tidligere blitt løst ved bruk av analoge systemer. Ulempene ved å løse problemet med analog elektronikk er at den sentrale rutingsmatrisen blir forholdsvis kompleks, tung å administrere og introduserer en del støy. Oppgaven er å konstruere kort som løser rutingsproblemet ved hjelp av digital lydoverføring. 3 Kretskort Sidan konstruksjon av oversettelsesystemet har som mål å få ein prototype som kan brukast til test av systemet og dei forskjelige løysingane som blir valt, skal det bygjast to kort. I prototypen må difor mange funksjonar delast for å få ein prototype som er rimelig å produsera. Ved å dele ressursar kan ein forsatt beholde funksjonalitet sjølv om det kan gå på bekostning av brukarvenlegheit. Alle forslag og løysingar som er gitt her er ikkje endelege, testa og ferdige. De må sjølv vurdere om dei er fornuftige saman med dei løysingane som de vel. 3.1 Delte resursar I Figur 2. er korta som skal bygjast vist med dei delte resursane, deltakarane delar eit kort og oversettarane deler det andre. I eit tenkt systemet som skissert her hadde nok den beste løysinga vore å la kvar deltakar/oversettar ha sit eige kort med tilkopling for lyd saman med display og tastatur. Sidan me skal lage ein prototype der det er eit kort for oversttarane og eit for deltakarane må dei dele på nokre resursar. Me har valt å la tastatur og display vere delt mellom alle som er kopla til eit kort. Kvar deltakar/oversettar har i forslaget i figuren ein knapp og to lysdiodar tilgjengeleg, dei kan f.eks. brukast til: Kvaspråk som kjem til oversetjar. Om deltakar har lov til å snakke. Om deltakar står i kø for å snakke La deltakar be om ordet. Alle deltakarane og oversettarar utstyres med et headset (mikrofon og høretelefoner) for å kunne kople seg til kortene. Side 3
DM Gruppa, NTNU Kretskort Figur 2. Oversettar/deltakar kort vist med brukargrensesnitt. Oversetarar E-N,N-E F-E,E-F F-N,F-N EN S EF S FN S XY S XY S XY S XY S XY S 1 2 4 A 4 5 6 B 7 8 9 C * 0 # D Tastatur til å velje språk for kvar oversettar Display for å vise informasjon og menyar for oppset Knapp og lysdiodar for oversettar Komunikasjon 1 2 4 A 4 5 6 B 7 8 9 C * 0 # D Tastatur til å velje språk for kvar deltakar Display for å vise informasjon og menyar for oppset Knapp og lysdiodar for deltakar TK S TK S TK S TK S TK S TK S TK S TK S N,N F,F E,E Deltakarar Side 4
Datamaskiner Prosjekt Kretskort 3.2 Skisse av kortoppbygjing Dei to korta som skal lagast er like, skilnaden på oversettarkort og deltakarkort ligg i implementert design i FPGA-brikken og programvare for mikrokontrollaren. Eit forslag til arkitektur for korta er vist i Figur 3. I figuren er det vist nokre løysingar, men det er mange avgjerslar som må takast for å få eit fungerande design. Figur 3. Forslag til arkitektur. LCD Knapp LED SPI RS232 RJ11 Port B RS232 Nivå konverter AVR Mikrokontroller Port C Port A INT Adresse[15:8] Adresse[7:0] / Data[7:0] 1 2 4 A 4 5 6 B 7 8 9 C * 0 # D Serieport Brukargrensesnitt Xchecker SPROM XILINX FPGA 4044XL HQ160 Tranceiver RS422 RJ11 konfigurasjon Komunikasjon Audio data Codec Codec Codec Codec Audio Analogt og digitalt Skissen er delt i blokker med forskjellig funksjonalitet. Bussane som er teikna er forslag, men skjølve samankoplinga av dei forskjelige komponentane er det ikkje teke stilling til. For å få eit funksjonelt design må det leggast til ekstra logikk og kontrollsignal, korleis dette blir gjort må de løyse sjølv. Side 5
DM Gruppa, NTNU Kretskort Dei forskjelige blokkene har følgjande oppgåver: Audio, Analog og digital: Brukargrensesnitt: Konfigurasjon: Komunikasjon Serieport: FPGA: AVR SPI: 4 stk.codec med tilsaman 8 inngangar og 8 utgangar. Kvar deltakar/oversettar har 1 inngang og 1 utgang. Data frå oversettar/deltakar er kopla til FPGA-kretsen. Komunikasjon mellom FPGA-kretsen og codec er på digitalform (synkronserielldata) Tastatur for å taste inn data og/eller for navigasjon i eit menysystem, tastaturet er ei trykkknappmatrise. LCD display for å vise innformasjon. 8 stk trykkknappar og 16 lysdiodar (LED). Antall knappar og lysdiodar er eit forslag. For å få konfigurert FPGA-brikken må det vere konfigurasjonsdata tilgjengeleg. I skissa er det to moglege konfigurasjonsmåtar: Xchecker som er serie konfigurasjon frå PC og SPROM som det kan lagrast ferdig konfigurasjon i. Komunikasjon mellom dei to korta. Tovegs komunikasjon på 4 ledarar med RS422 nivå og ASEBU format. Serieport på RS232 format for tilkopling av eksternt utstyr. Field Programmable Gate Array, samanmed AVR mikrokontroller utgjer FPGA-kretsen den fleksible reprogramerbare delen av kortet. Funksjonaliteten på kortet må fordelast mellom dei to reprogramerbarekretsane Mikrokontroller med FLASH minne. Serie grensesnitt som kan brukast til programering av mikrokontroller. Side 6
Datamaskiner Prosjekt Kretskort 3.3 Audiodata Sidan kvar codec har to kanalar er dei delt mellom to deltakarar eller to oversettarar. Dataformatet på audiodata er seriesynkron. I Figur 4. og Figur 5. er det eit eksempel på korleis audiodata er representert og korleis dei blir ruta på dei to korta. Blokka RUTING plaserar språk i rett luke ved å skrive til rett plass i og lese frå rett plass i. I figuren er ein sampleperiode vist. For data til CODEC inneheld ein sampleperiode data og controll til CODEC og for overføring inneheld ein sampleperiode alle tilgjengelege språk. I Figur 4. er det vist eit eksempel på audiodata formatet. Eksempelet er frå oversettar kortet, i figuren er oversettaren E-N,N-E (Engelsk-Norsk, Norsk-Engelsk) og F-N,N-F (-Norsk, Norsk-) vist. I systemet er det no ein som snakkar N (norsk), N kjem inn til oversetjar kortet i si luke i signalet (N) frå deltakarkortet. N går til begge oversetjarane som vist i til CODEC. Kvar oversetjar overset til sit språk, E og F som blir gitt ut frå CODEC på. Alle oversetjarane sine språk blir plasert i rett luke i RUTING, dette er vist som SD- OUT signalet til TRANCEIVER og sent til deltakar kortet av TRANCEIVER på RS422 nivå.. Figur 4. E-N,N-E F-N,N-F CODEC CS4215 Audio E-N,N-E Audio F-N,N-F Output setting Input setting Audio E-N,N-E Audio F-N,N-F Output setting Input setting 1 sample periode RUTING TRANCEIVER N F I T E S P R N F I T E S P R TX TX RX RX RS422 format til deltakar kort I Figur 5. er same eksempel vist, der er det ein deltakar som snakkar norsk. I figuren er det vist to deltakarar, N,N (snakkar Norsk høyrer på Norsk) og F,F (snakkar og høyrer på ). Alle tilgjengelege språk kjem inn til RUTING på, her ligg alle språk som det ein Side 7
DM Gruppa, NTNU Komponentar kan velje frå. RUTING gir kvar deltakar ønskt språk på til CODECEN, i eksempelet N til den norske deltakaren og F til den franske deltakaren. Figur 5. N-N F-F CODEC CS4215 Audio N Audio F Output setting Input setting Audio N Audio F Output setting Input setting 1 sample periode RUTING TRANCEIVER N F I T E S P R N F I T E S P R TX TX RX RX RS422 format til oversetjarkort 4 Komponentar Komponentar som skal brukast er i lista. Viss de finn komponentar som de vil bruke istadenfor dei som er i lista må de ta kontakt med levrandør for leveringstid og pris samt snakke med faglærar/vittass. Type Produsent Type Pakketype Mikrokontroller Atmel AT90S8515, DIP 40/PLCC44 FPGA Xilinx XC4044xl QFP160 Codec Crystal CS4215-KL PLCC 44 Tranceiver Crystal CS841x / CS840xA Display NAN-YA LMK82r021A2E Andre Prøv å finne komponentar hjå ELFA. Side 8
Datamaskiner Prosjekt Hjelp 5 Hjelp Her følger en liten stikkordsliste dersom man føler at det blir litt mange begreper på en gang. IC Integrated Cicuit. En krets som er integrert i en enkelt pakke. PCB Printed Circuit Board. Kretskort. Mikrokontroller En IC som består av en mikroprosessor samt en del tilbehør slik som for eksempel minne, I/O enhet, RS232 grensesnitt m.m. DSP Digital Signal Processor. En prosessor spesialdesignet for digital signalbehandling, for eksempel digital lyd. D/A converter Enhet som konverterer fra lyd i digital form til lyd i analog form. A/D converter Enhet som konverterer fra analog lyd til digitalt kodet lyd. Codec Coder/Decoder. En IC som integrerer både D/A- og A/D-converter, samt noen andre nyttige enheter for bruk innen digital lydbehandling. AES/EBU Digital Audio Interface FPGA Field Programmable Gate Array. En IC som består av mange enheter kalt Gates. Disse kan konfigureres til å utføre forskjellige digitale operasjoner. Xilinx De FPGA ene som benyttes i DM gruppa er produsert av Xilinx. I prosjektet skal det benyttes en Xilinx som heter XC4044XL. AVR Mikrokontrolleren som skal benyttes i prosjektet er en AVR. AVR er en serie med 8bit mikrokontrollere produsert ved Atmel. Mikrokontrolleren som skal benyttes heter AT90S8515. XChecker XChecker er grensesnittet som benyttes til konfigurasjon av Xilinx FPGA er. I andre enden benyttes en PC med RS232 grensesnitt. Mil Måleenhet for i kretskort produksjon, f.eks. hulldiameter ved borring. 1 Mil = 1 Thou = 0.001 (dvs. en tusendels tomme) 1 mm = 39 mil SPI Serial Programming Interface [???]. SPI er grensesnittet som benyttes ved programmering av AVR en. Tranciever En tranceiver er en transmitter (sender) og receiver (mottaker). Side 9
DM Gruppa, NTNU Hjelp HDL (Hardware Description Language) Språk for å beskrive maskinvare. VHDL V står for Very High Speed Integrated Circuit (VHSIC) og HDL er som over. Foundation Foundation er programmvaren som bruker for design av Xilinx FPGA er. I Foundation kan man tegne på skjemanivå, skrive HDL og/eller tegne tilstandsdiagrammer som så kompileres og benyttes til å konfigurere FPGA en. Veribest Veribest et firma som har laget en stor programpakke for maskinvare design (PCB, HDL m.m.). Active VHDL VHDL programpakke fra Aldec. CPCI Compact PCI. PCM Pulse Code Modulation SMD Surface Mount Device. Overflatemontert komponent, i motsettning til komponenter med komponentben som stikkes igjennom et drillet hull i kretskortet. Side 10