具有Alexa功能的STM32嵌入式参考设计方案

ST推出的适用于 AWS IoT 参考设计的合格 Alexa 语音服务。其单芯片方法使其成为嵌入式系统上自然语言应用的经济高效且高度集成的平台。ST的板子使用简单的PCB和STM32H743。它还包括两个MP23DB01HP MEMS 麦克风、Wi-Fi 模块、音频放大器和扬声器。因此，该平台通过为希望构建智能产品的工程师解决复杂的电子挑战，解决了巨大的硬件障碍。由于亚马逊资格还延伸到软件堆栈，团队知道选择 ST 参考设计还意味着受益于功能和协议实施，这将使他们能够更快地将最终产品推向市场。

为你做艰苦的工作

简而言之，ST 参考设计是一款满足亚马逊严格要求的远场设备。例如，系统必须识别和处理不同环境噪声级别的用户语音。同样，距离也是一个关键因素。因此，即使在 3 到 4 米或最远 13 英尺的范围内与产品交谈时，该产品也必须工作。我们还必须满足低误拒绝率或误报率和误报率或误报率的问题。过于精确的系统会出现过多的误报，而过于宽松的设置则会导致过多的误报。因此，ST 获得亚马逊资格这一事实意味着我们解决了这些重大挑战，甚至更多，因此我们的客户不必面对这些挑战。因此，让我们看看工程师们如果尝试从头开始构建这样的系统可能会面临哪些困难。

Alexa 语音服务：硬件挑战，从 MCU、Wi-Fi 到麦克风

当 MCU、内存和无线堆栈都为您工作时

STM32H743充足的计算吞吐量和广泛的存储能力意味着开发人员可以运行音频前端处理、本地 Alexa 唤醒词检测、完整的连接堆栈和音频播放层，而无需外部存储器或分立 DSP。PCB也更直接，整个材料清单更具成本效益。我们还有一个团队可以重复使用的 Wi-Fi 模块，但我们知道公司可能会选择他们内部认可的组件。因此，为了使我们的平台尽可能灵活，我们在旁路模式下使用了我们的 Wi-Fi 模块。 因此，大多数管理无线交互的软件都在 STM32 上。工程师因此可以轻松切换 Wi-Fi 设备，使用不同的驱动程序，并期望快速获得亚马逊认证。

模块化方法中的小尺寸

内置 Alexa 语音服务的小型智能家居设备几乎可以安装在任何智能嵌入式产品中，例如家电。问题是准确捕捉声音变得更加困难。事实上，当麦克风彼此非常靠近时，信号处理变得更具挑战性。尽管麦克风之间的空间只有 36 毫米，但我们获得了亚马逊认证，这意味着团队可以享受小尺寸并从我们为克服这一挑战而提出的解决方案中受益。设计人员可以将两个仅相距 25 毫米的麦克风放在一起，并且仍然可以从我们的音频前端享受相同的性能。

ST 还了解到，一些团队可能只是想重复使用他们已经创建的音频捕获硬件。为了实用，参考设计也必须是模块化的，这样设计人员才能选择最适合他们的东西。因此，我们将麦克风和音频编解码器FDA903D放在单独的板上。只对使用我们的 STM32 和软件实现感兴趣的工程师可以拿起主板，将其余部分留给他们自己创造。该参考设计还包括一个带有 USB 端口的扩展板，用于更方便的编程和调试操作。

Alexa 语音服务：从音频处理到声学考虑的软件挑战

音频处理和唤醒词

参考设计的软件堆栈首先用于实施适用于 AWS IoT 协议的 Alexa 语音服务。它确保客户快速连接到亚马逊的服务器。但是，在将信号从麦克风发送到云端之前，平台必须首先捕获并清理音频。为了提高系统的准确性，我们提供了降噪、回声消除和波束形成算法，以便系统能够充分识别用户的声音，即使环境噪声很大或对象很远。

该参考设计还包括 Alexa 唤醒词检测功能，该功能在 STM32 MCU 上运行并获得评估许可，生产许可可从亚马逊获得。此外，意法半导体正在许可在 STM32 MCU 上运行的完整软件参考设计。因此，开发能够在用户呼唤“Alexa”时唤醒系统的应用程序相对简单。开始他们的第一个项目的工程师拥有开发原型和快速交付产品所需的一切。

并不适合所有人

尽管我们在参考设计中提供了所有工具和解决方案，但我们了解设计具有 Alexa 功能的基于云的平台仍然很复杂。即使工程师按原样使用我们的设计，仍然存在重大的声学障碍，例如在设备或智能家居产品中放置麦克风以及调整扬声器以确保它不会干扰麦克风。正是出于这个确切的原因，我们决定将我们的参考设计仅限于 OEM。我们在此确保我们可以为他们提供所需的支持，以更快地将他们的产品推向消费者。因此，ST 可以帮助他们完成最终的声学效果，从而改变世界。

审核编辑：郭婷