VoWLAN語音終端開發(fā)設計

時間：2008-05-04 09:58:00

關鍵字：語音終端 VOWLAN BSP AI

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[導讀]VoWLAN是基于WLAN(無線局域網(wǎng))的語音技術，是WLAN和VoIP技術的結(jié)合，屬于一種無線VoIP技術，這一技術使人們隨時隨地的通過WLAN網(wǎng)絡撥打IP電話成為現(xiàn)實。

摘要：VoWLAN是基于WLAN(無線局域網(wǎng))的語音技術，是WLAN和VoIP技術的結(jié)合，屬于一種無線VoIP技術，這一技術使人們隨時隨地的通過WLAN網(wǎng)絡撥打IP電話成為現(xiàn)實。

本終端選擇UBICOM公司的網(wǎng)絡處理器IP2022作為本終端的主控制器、TI公司TLV320系列的AIC10作為語音的編解碼處理器。IP2022是一款RISC的處理器，運算速度為120 MIPS；在語音處理上，TI的DSP產(chǎn)品價格低廉性能穩(wěn)定，得到很廣泛的應用，滿足現(xiàn)階段對語音的需求。另外，這些器件具有強大的運算和處理功能，經(jīng)過簡單擴充，可滿足未來對多媒體通信的需求。SIP協(xié)議是下一代網(wǎng)絡（NGN）語音通信的主流協(xié)議，具有開放性，可加快產(chǎn)品的設計周期，滿足社會的需求。

1 引言

1.1 VoWLAN概述

VoWLAN是WLAN的新興應用之一。VoIP通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸語音信號；WLAN（無線局域網(wǎng)），通過無線接入點進行無線上網(wǎng)。VoWLAN可以說是這兩者的有機結(jié)合，它可以利用現(xiàn)有的WLAN網(wǎng)絡實現(xiàn)無線的VoIP通話能力，企業(yè)員工通過VoWLAN可在辦公場所以外的地方隨時語音通信、訪問E-mail和其他已接入的網(wǎng)絡資源，這樣提高了網(wǎng)絡資源的利用率并降低了通話的成本，從而節(jié)省企業(yè)的總體IT費用。對于住宅用戶也可以通過與寬帶802.11無線網(wǎng)絡相連的VoIP電話來降低話費。VoWLAN系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流如下：通過接入點AP (Access Point)把語音信號傳輸?shù)絍oIP網(wǎng)關，該網(wǎng)關可以就是原來的有線VoIP網(wǎng)關，這樣語音數(shù)據(jù)在IP網(wǎng)絡和PBX（交換機）之間傳輸。這種方式使得傳統(tǒng)有線辦公和住宅電話的功能都能在VoWLAN中實現(xiàn)，而運營商只需要增加語音網(wǎng)關、計費系統(tǒng)等設備，就可為其WLAN熱點提供VoWLAN應用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與語音通信的高效結(jié)合。

1.2 SIP概述

目前VoIP涉及的基本通信協(xié)議主要有三種：H323協(xié)議、SIP協(xié)議和MGCP協(xié)議。SIP稱為會話發(fā)起協(xié)議（Session Initiation Protocol),是Internet工程任務組（IETF）提出的建議中的一項協(xié)議。與H.323協(xié)議比較，SIP協(xié)議側(cè)重于將IP電話作為因特網(wǎng)上的一個應用，較其實應用（如FTP，E-mail等）增加了信令和QoS的要求，它們支持的業(yè)務基本相同，也都利用RTP作為媒體傳輸?shù)膮f(xié)議；SIP是基于文本的協(xié)議，類似于HTTP。基于文本的編碼意味著頭域的含義是一目了然的，如From、To、Subject等域名。這種分布式、幾乎不需要復雜的文檔說明的標準規(guī)范風格，其優(yōu)越性已在過去的實踐中得到了充分的證明（現(xiàn)在廣為流行的郵件協(xié)議SMTP就是這樣的一個例子）。SIP的消息體部份采用SDP進行描述，SDP中的每一項格式為’=’號，也比較簡單；SIP很方便地支持補充業(yè)務或智能業(yè)務，只要充分利用SIP已定義的頭域，并對SIP進行簡單的擴展，就可以實現(xiàn)這些業(yè)務。例如對于呼叫轉(zhuǎn)移，只要在BYE請求消息中添加Contact頭域，加入意欲轉(zhuǎn)至的第三方地址就可以實現(xiàn)此業(yè)務。對于通過擴展頭域較難實現(xiàn)的一些智能業(yè)務，可在體系結(jié)構(gòu)中增加業(yè)務代理，提供一些補充服務或與智能網(wǎng)設備的接口；SIP協(xié)議借鑒了其它因特網(wǎng)的標準和協(xié)議的設計思想，在風格上遵循因特網(wǎng)一貫堅持的簡練、開放、兼容和可擴展等原則，比較簡單。

2 系統(tǒng)的硬件設計

2.1中央控制器

中央控制器MCU采用UBICOM公司的IP2022網(wǎng)絡處理器。它是專為 Internet-edge(網(wǎng)際邊緣)設計的微處理器。其主要特點：通過軟件來處理協(xié)議, 而不是用硬件邏輯來實現(xiàn)協(xié)議，降低了 chip 的復雜性；對到達的 packet，使用 memory-to-memory 的操作，而不需要大容量，昂貴的on-chip caches(高速緩沖存儲器)，以及 packet buffers；簡潔設計的 real-time operating system，沒有memory-hungry requirement；Designer可以通過設計 software 來實現(xiàn)各種 Internet-edge 應用；IP2022 的 Memory 分為 on-chip 與 off-chip 兩個部分，采用的是Harvard architecture，分離的 data 與 code memories；4k bytes on-chip data memory、64k bytes 的 on-chip flash memory、16k bytes 的 on-chip PRAM、外部的 memory、extra flash memory，用來放更多的code，比如embedded web server 的code可以放在外部的 flash中，也包括一些dll functions。以及online firmware upgrades。SRAM，是用來拓展PRAM 空間來用的，比如可以在SRAM 中buffer packets。

2.2 語音模塊

本模塊采用的是TLV320AIC10。TLV320AIC10是TI公司近年新推出的低功耗∑-Δ型16位A/D、D/A音頻接口（AIC）芯片。它由5個控制寄存器控制。其中，控制寄存器1：軟件復位，DAC的16位或15＋1位模式選擇以及抗混疊濾波器、抽樣濾波器、插值濾波器使能/旁路選擇。控制寄存器2：決定工作方式和采樣速率。低功耗模式控制，分頻寄存器控制（決定濾波器的時鐘頻率和取樣周期）?？刂萍拇嫫?：軟件關電，模擬及數(shù)字信號反饋和事件控制模式選擇；ADC的16位或15＋1位模式選擇?？刂萍拇嫫?：輸入輸出增益控制（通過控制輸入和輸出可編程增益放大器來實現(xiàn)）。AIC的初始化主要就是對這4個寄存器參數(shù)進行設定。該器件與單片機接口易于實現(xiàn)，開發(fā)和使用更加方便。尤其適合應用于低比特率、高性能密集設備的話音傳輸、識別及合成等的各種VoIP、電纜調(diào)制解調(diào)器、語音和電話領域。

2.3網(wǎng)絡模塊

無線接收發(fā)送模塊選用的是CF無線網(wǎng)卡插槽。CF卡（CompactFlash）是1994年SanDisk推出的一種閃存卡。CF卡具有PCMCIA-ATA功能，并與之兼容，CF卡采用閃存（flash）技術，是一種穩(wěn)定的存儲解決方案，不需要電池來維持其中存儲的數(shù)據(jù)。對所有保存的數(shù)據(jù)來說，CF卡比傳統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器安全性和保護性都更高，而且CF卡的用電量僅為小型磁盤驅(qū)動器的5%。這些優(yōu)異的條件使得大多數(shù)PDA用網(wǎng)絡設備都選擇CF卡作為其首選接口。

本系統(tǒng)無線接收發(fā)送模塊選用的是WL-672F CF無線網(wǎng)絡適配器。該無線網(wǎng)絡適配器為CompactFlashⅠ型適配器，可與配有Ⅱ型插槽的終端一起使用。使用該適配器，在移動使用PDA進行工作時，收發(fā)E-MAIL及訪問服務器數(shù)據(jù)時，都可使之保持連接。其使用信用卡式設計，提供集成天線，可以和所有符合IEEE802.11b（DSSS）2.4GHz標準的無線網(wǎng)絡設備進行交互式操作，也可以通過AP與有線以太網(wǎng)進行交互式操作，支持Ad-Hoc以及Infrastructure通訊方式，使用128-bit的WEP加密方式以保證網(wǎng)絡的安全。

圖1 VoWLAN語音終端的硬件框架圖

建立連接后用戶的模擬話音通過AIC10的AURXFP、AURXM、AURXCP輸入，將模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換形成數(shù)字信號流后傳至編碼模塊。編碼模塊中的DSP根據(jù)系統(tǒng)要求將語音數(shù)據(jù)壓縮，壓縮后放入DOUT的寄存器中。

在接收語音數(shù)據(jù)時，在TLV320AIC10的幀同步FS為低電平，轉(zhuǎn)換時鐘信號SCLK的上升沿時，系統(tǒng)處理器將語音數(shù)據(jù)通過DIN送入AIC10進行解壓縮，形成64Kbps的PCM碼流，送入D/A進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后由AIC10的OUTP和OUTM輸出模擬語音。

3 VoWLAN的軟件設計

系統(tǒng)軟件是基于SIP協(xié)議棧的基礎上實現(xiàn)的。由于SIP協(xié)議棧采用模塊化設計思想，因此，系統(tǒng)軟件可以直接調(diào)用協(xié)議棧各模塊提供的API。軟件應用模塊的消息獲取線程是實時獲取協(xié)議棧處理的結(jié)果（以消息或事件的形式存儲在協(xié)議棧消息隊列中），并把它轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)應用的消息結(jié)構(gòu)存放在應用模塊的消息隊列中。圖2是軟件應用模塊的程序流程圖。

圖2軟件應用程序流程圖

圖2中的“應用初始化”包括建立消息讀取線程等；“SIP協(xié)議棧初始化”包括建立協(xié)議棧主線程、注冊回調(diào)函數(shù)、協(xié)議棧其它模塊的初始化及消息隊列的建立等；“關機準備操作”首先進行注銷操作，接著終止消息讀取線程和協(xié)議棧主線程，釋放軟件應用模塊和協(xié)議棧各模塊占用的資源。

協(xié)議棧模塊包含事務管理和對話管理這兩模塊，同樣，軟件應用模塊也包含類似的管理功能，即“呼叫(call)管理”。呼叫管理的功能和協(xié)議棧模塊中的對話管理功能類似，只是呼叫管理側(cè)重于和用戶交互，通過人機界面顯示信息，提示用戶當前呼叫的進度，引導用戶執(zhí)行進一步的操作。

呼叫有四種狀態(tài)：“S_IDLE”、“S_PROGRESS”、“S_INCOMING”、“S_CONNECTED”，它們之間的關系用一個有限狀態(tài)機來描述，如圖3。

圖 3 呼叫管理有限狀態(tài)機

“S_IDLE”狀態(tài)就是我們通常所說的待機狀態(tài)。當用戶撥打?qū)Ψ降腟IP URI，協(xié)議棧通過發(fā)送INVITE請求消息，得到臨時響應消息，呼叫就處于“S_PROGRESS”，圖中箭頭<1>表示該操作引起的狀態(tài)切換。在“S_PROGRESS”狀態(tài)，對方如果拒絕接受呼叫，狀態(tài)又返回“S_IDLE”，如箭頭<2>；當對方接受呼叫，就處于連接通話狀態(tài)“S_CONNECTED”，如箭頭<5>。在“S_IDLE”狀態(tài)也可能收到對方的呼叫請求，當UA應用發(fā)現(xiàn)一個新的呼叫請求，就應當切換狀態(tài)到“S_INCOMING”，如箭頭<3>；同樣，用戶可以拒絕接受呼叫，狀態(tài)切換回“S_IDLE”，如箭頭<4>；當用戶接受呼叫請求，呼叫狀態(tài)就處于“S_CONNECTED”。在“S_CONNECTED”狀態(tài)，通話雙方任何一方的結(jié)束通話請求都會導致狀態(tài)返回“S_IDLE”，結(jié)束通話。