傳統傳真機利用紙張作為媒質進行傳真文件的收發(fā)，給用戶使用帶來不便的同時，也造成了資源浪費。而數碼傳真機可以直接與電腦連接，利用數據存儲" title="數據存儲">數據存儲芯片作為存儲介質，節(jié)約了紙張等資源，并且數碼傳真機具有傳真質量高、傳輸速率快、使用方式靈活、節(jié)省通信費用等優(yōu)點。因此，對于數碼傳真機的研究應用具有重要的實際應用價值。
　　本數碼傳真機系統以單片機作為系統總控單元，利用MODEM芯片(CX06833)實現調制、解調功能，利用閃存（FLASH芯片）作為傳真文件數據的存儲介質。同時，為減少系統占用空間和滿足控制信號轉換的時序要求，用CPLD(XC95288)實現系統外圍芯片的譯碼、讀寫控制。系統設計包括圖像掃描、編碼模塊，實現了與普通傳真機的兼容。本數碼傳真機系統實現功能有：(1)傳真文件的實時、定時發(fā)送；(2)傳真的自動應答、接收及傳真文件數據的掉電后保存；(3)DSP控制的圖像掃描、編碼功能；(4)語音解碼、播放功能。
　　本文介紹了數碼傳真機系統總體設計思想，較詳細地描述了系統各功能模塊的設計，主要包括主控單片機模塊及其與主機的交互協議、基于MODEM模塊的傳真通信流程、CPLD控制的譯碼邏輯電路、DSP控制的圖像掃描模塊，并提出了一種基于FLASH芯片的文件數據存儲方案" title="存儲方案">存儲方案，解決了傳真文件數據的不連續(xù)存儲及文件刪除后存儲空間的有效利用問題。
1 數碼傳真機系統總體設計
　　此數碼傳真機系統通過串口" title="串口">串口與PC機實現數據通信，在主控單片機的控制下，把傳真數據傳送到調制、解調模塊，再由MODEM芯片完成調制功能。接收傳真時，主控單片機首先把接收到的傳真數據寫入數據存儲芯片(FLASH)，再按照規(guī)定協議上傳給主機。由DSP控制的圖像掃描模塊實現掃描及傳真編碼功能，掃描數據經過傳真編碼后存儲到FLASH芯片(2MB)中，再在主控單片機的控制下，完成圖像的傳真?zhèn)鬏?。各個功能模塊的讀寫、片選等邏輯控制由CPLD模塊實現。
　　系統設計采用模塊化設計思想，整個數碼傳真機系統可以劃分為：主控單片機模塊、調制解調及語音播放模塊、液晶顯示模塊、基于CPLD控制的譯碼邏輯模塊、基于DSP控制的圖像掃描模塊、電源及外圍電路模塊。系統的組成框圖如圖1所示。

2 主要功能模塊詳細設計描述
2.1 基于單片機總體控制模塊
　　單片機(AT89C51)作為數碼傳真機系統的總體控制單元，控制其他各功能模塊的工作。主要功能有：通過串口與PC機控制軟件進行通信；控制調制、解調模塊工作及傳真協議交互；讀取主機下載數據或圖像掃描編碼數據，并進行數據存儲；發(fā)送、接收傳真數據。由于系統中擴展模塊和外部擴展數據存儲器數量較多，選用CPLD實現各模塊的片選、讀寫邏輯控制?？傮w控制模塊設計如圖2所示。

2.1.1 傳真機與主控計算機的交互協議
　　傳真機與主控計算機通過串口(RS232)實現數據通信。交互協議的主要信息包括：計算機下載的功能信息(如開始發(fā)送傳真、終止傳真等功能)、主機下載的傳真數據、傳真機上傳給計算機的功能信息及傳真數據。交互協議中，采用命令頭、流水號、幀校驗和的傳輸方式。功能傳輸的格式規(guī)定為：
　　0x55+0xAA+pipenum+length+state+value1+value2+…+valuen+sumcheck
　　其中：0x55、0xAA是功能命令頭；pipenum是流水號；length是命令功能幀長度；state是功能號；value1～valuen是功能參數；sumcheck是幀校驗和。
　　數據傳輸格式規(guī)定為：0x66+0x99+ pipenum+length+data1+data2+…+datan+sumcheck
　　其中：0x66、0x99是數據命令頭；length是數據幀長度；data1～datan是數據；sumcheck同樣是數據幀校驗和。
　　主控計算機下載一份傳真數據到傳真機的程序流程如圖3所示。傳真機上傳一份傳真數據到主機的程序流程類似。

2.1.2 基于CPLD的片選、讀寫邏輯控制功能實現
　　數碼傳真機系統中，單片機要訪問的功能模塊較多，主要有：外部擴展RAM模塊、外部數據存儲空間FLASH模塊、MODEM調制解調模塊、DSP圖像掃描模塊。設計中，采用AT89C51的P1口作為外部擴展模塊的選擇信號，用CPLD譯碼，靈活實現各個不同模塊之間的片選、讀寫控制。
　　 CPLD程序設計中，用VHDL語言實現控制功能模塊的程序設計，并用Modesim仿真驗證。此功能模塊的輸入端口有：AT89C51的地址、數據復用信號(P0、P2)；AT89C51的模塊選擇控制信號(P1)；地址鎖存信號(ALE)；讀寫信號(WR、RD)。輸出端口主要有：外部FLASH的地址、數據信號及片選、讀寫信號；外部擴展RAM的片控制信號；MODEM芯片的數據、片選、讀寫信號；DSP模塊的地址、數據、片選讀寫信號。
2.2 MODEM芯片功能描述及傳真通信過程的建立
　　系統設計中，MODEM芯片采用CX06833，實現數字信號的調制、解調功能。CX06833采用TQFP-144封裝，片內集成微控制器、ROM(256KB)、RAM(32KB)；可以通過串口或并口與主機相連(此系統中選擇為并口方式與主控單片機連接)；可以與語音解碼芯片(CX20442)相連，實現語音播放功能。并且自動完成數字信號的調制解調功能，減少了主機的運算量。對CX06833的操作是通過對其片內寄存器的讀寫實現的。
　　數碼傳真機用T.30作為標準化的傳輸規(guī)程，采用二進碼信號方式。整個傳真通信過程包括五個階段：階段A-呼叫建立，包括撥號后被呼方應答，或檢到振鈴后應答呼方；階段B-報文前處理，包括標識部分和命令部分；階段C-報文傳輸；階段D-報文后過程；階段E-呼叫釋放。
2.3 基于DSP控制的圖像掃描模塊設計
　　圖像掃描模塊由DSP(TMS320VC5402)作為主控器件，芯片具體內部結構、管腳分布、工作時序等可參照TI公司提供的數據手冊。設計中，DSP的增強主機接口HPI8作為普通I/O口，控制掃描儀CIS及馬達控制電路部分工作。圖像掃描模塊設計為彩色和黑白兩種模式。首先，CIS(Contact Image Sensors)感應到的模擬信號通過ADC器件(彩色圖像選擇12位的AD器件WM8150；黑白圖像選擇二值比較電路)進行數字化，得到的數據通過多通道緩沖串口(MCBSP)發(fā)送給DSP。DSP工作設定為DMA方式，接收掃描圖像數據后，進行傳真編碼處理，存儲到數據緩沖芯片SRAM中，再由主控單片機實現傳真發(fā)送。掃描電路的時鐘、串口接收時鐘及幀同步信號均由CPLD提供。DSP的外圍配置包括：3片SRAM(選用CYPRESS公司的CY7C1041CV33)作為掃描數據緩沖；一片FLASH存儲器(選用AMD公司的AM49LV001)作為擴展程序存儲空間；JTAG接口。VC5402的Boot Loader模式為并口Boot模式。在此數碼傳真機系統中，VC5402實現的主要數據處理算法是改進的霍夫曼圖像傳真壓縮編碼。圖像掃描模塊結構如圖4所示。

3 基于閃存的傳真文件存儲方案設計
　　有效的傳真文件存儲管理方案是此數碼傳真機系統的關鍵技術之一。待發(fā)送的傳真和接收到的傳真首先進行存儲，然后在必要時(傳真發(fā)送完成或接收到的傳真上傳主機后)刪除，并釋放占用的存儲空間。對于數碼傳真機系統，文件的存儲和刪除的需要反復進行。硬件存儲資源有限，如果傳真文件存儲管理不善，可能造成存儲資源的巨大浪費，并可能影響數碼傳真機的正常工作。
　　本數碼傳真機系統中，采用非易失性存儲器件FLASH(2MB)作為數據存儲器件，結合Windows FAT文件系統中磁盤存儲管理思想，通過建立文件存儲管理鏈表" title="鏈表">鏈表，設計了適合傳真機需求的傳真文件管理存儲方案。FLASH芯片選用AMD公司的AMD29F016D，其存儲空間為2MB。2MB的存儲空間分成32段（0～31段），每段存儲空間64KB。FLASH芯片存儲空間的初始狀態(tài)是0xFF，每位的存儲內容只能從‘1’寫‘0’而不能相反，任何把數據從‘0’寫成‘1’的操作都會使芯片處于讀取狀態(tài)，并且它只能進行段擦除和整片擦除操作。要對某段存儲空間的數據進行修改，必須先進行整段的擦除操作，數據在緩沖區(qū)修改后，再整段寫入FLASH中。
3.1 傳真文件存儲管理區(qū)的建立
　　利用FLASH芯片作為傳真數據的存儲器件，需要建立合理的文件存儲管理結構。為實現數據的不連續(xù)存儲，并避免數據刪除后，存儲空間得不到有效利用造成資源浪費，結合Windows FAT文件管理中的索引式文件存儲結構，通過對存儲空間重新劃分，設立文件鏈表管理區(qū)，提出了基于FLASH芯片的文件存儲方案。
3.1.1 傳真文件信息區(qū)組織
　　此方案中，采用FLASH芯片的第00段作為傳真文件信息區(qū)，存儲收發(fā)傳真的容量、頁數、電話號碼、存儲空間等信息。根據傳真過程的實際需要，把傳真文件信息區(qū)分為接收傳真信息區(qū)、發(fā)送傳真信息區(qū)、文件存儲鏈表區(qū)和其他信息存儲區(qū)。其中接收傳真信息區(qū)和發(fā)送傳真信息區(qū)采用同樣的結構，主要存儲傳真頁數、傳真容量、存儲起始地址、存儲結束地址和來源(發(fā)送)電話號碼等信息。按這種結構，每份傳真占用空間20B左右。讀取文件內容時，首先把起始扇區(qū)地址讀入，查找文件存儲列表區(qū)，按照索引結構讀取文件內容。
3.1.2 傳真文件存儲鏈表區(qū)
　　此存儲管理方案中，把FLASH存儲空間進行再次劃分，組成更小的存儲單元——扇區(qū)。每次文件存儲都以扇區(qū)為最小存儲單位，并采用鏈表結構實現一個完整文件的存儲。傳真文件存儲鏈表區(qū)是此方案的核心。
　　在數碼傳真機工作過程中，文件數據首先存儲到FLASH芯片中，如果待寫入的存儲空間中已有數據，則寫入操作失?。蝗绻募h除后的存儲空間沒有回收，則會造成存儲資源的浪費。首先，把每段64KB的存儲空間劃分為256個扇區(qū)((0x00～0xFF號扇區(qū))，每個扇區(qū)256個字節(jié)，作為最小的存儲單元，這樣每個扇區(qū)的物理地址為：SA(段號)+PAGE(扇區(qū)號)，并用一個字節(jié)表明此扇區(qū)所存儲字節(jié)數。在此基礎上，建立文件存儲鏈表區(qū)。由于SA(段號)不可能是0xFF，所以用鏈表中每個單元的首字節(jié)內容指示此扇區(qū)的狀態(tài)：0xFF表示此扇區(qū)空閑，可以存儲數據；非0xFF表示此扇區(qū)已用。在文件數據寫入或刪除此扇區(qū)后，相應指示狀態(tài)也要修改。
　　根據傳真過程的實際需要，要求明確知道傳真數據一頁結束和總傳真結束的位置，在鏈表的每個單元中再增加一個字節(jié)表示此信息。文件存儲鏈表中每個指示單元的存儲結構如表1所示。

　　表1中：SA是段號(取值范圍：1~31)，PAGE是扇區(qū)號(取值范圍：0x00~0xFF)，NUM是此扇區(qū)占用字節(jié)數(取值范圍：0x01~0xFF），STATE是此扇區(qū)的狀態(tài)（0x00：整份傳真結束；0x01：一頁傳真結束；0xFF：不是結束標志）。
　　每個扇區(qū)的存儲空間為256B。通常每份傳真的容量都較大，需要多個扇區(qū)存儲，所以用文件鏈表結構實現一份傳真數據的完整存儲。根據每個指示單元的存儲結構，利用其首字節(jié)內容表示此扇區(qū)的存儲狀態(tài)。這樣存儲一份完整文件所建立的文件存儲鏈表如圖5所示。

3.2 傳真文件存儲及刪除流程
　　要實現傳真文件數據在FLASH芯片中的存儲，首先要搜索空閑扇區(qū)位置，接收數據緩存(≤256B)，再對FLASH進行寫操作，把緩沖區(qū)數據寫入FLASH；寫滿一個扇區(qū)后，搜索下一空閑扇區(qū)并修改文件存儲鏈表內容。如此反復直至傳真結束，設置結束標志位。采用這種存儲方式，可以實現文件數據的不連續(xù)存儲。
　　在數碼傳真機工作過程中，傳真文件數據要反復進行刪除操作，如在傳真發(fā)送完成，或在上傳接收傳真后。文件刪除完成后，釋放占用的存儲空間，以便作收發(fā)傳真存儲之用。否則，可能造成存儲空間的浪費。在本存儲方案中，由于文件存儲采用頭信息和鏈表存儲的結構，文件的刪除操作也相應地進行傳真數據刪除和頭信息區(qū)內容修改。FLASH芯片只能進行段擦除和整片擦除，在同一段中，有的數據可能要保留，有的數據要刪除，所以在數據刪除和頭信息區(qū)修改過程中，利用外部擴展RAM作為數據緩存，并用256個字節(jié)作為存儲扇區(qū)空間內容是否保留的標志，規(guī)定0xFF代表數據保留、0x00代表數據不保留。采用這種存儲方案，當傳真文件刪除后，存儲空間可以再次回收利用，避免了存儲空間的浪費。系統設計中，通過編程實現并驗證了此存儲方案的有效性。一份傳真完整的存儲、刪除流程如圖6所示。