倚重高性能IP電話語音終端硬件設(shè)計

摘要：本文基于Motorola和TI的TMS320C5402數(shù)字信號處理器設(shè)計了一種在以太網(wǎng)中進行IP電話通信的高性能IP電話語音終端系統(tǒng)硬件平臺。解決了常規(guī)只用數(shù)字信號處理器的通信處理能力不高的問題。

1 概述
    IP電話是一種利用Internet或者基于其它IP網(wǎng)絡(luò)（如Intranet、幀中繼、或ATM）作為傳輸載體實現(xiàn)普通電話與普通電話、PC與PC、PC與普通電話之間語音通信的技術(shù)。因此IP電話又稱為網(wǎng)絡(luò)電話（Internet電話），或VoIP（Voice over IP）。IP電話不同于傳統(tǒng)電話，它采用的是分組交換技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)上傳送的是數(shù)據(jù)包，而不是語音信號，所以，要把語音信號量化后進行編碼、壓縮、打包（分組），使其變?yōu)閿?shù)據(jù)流，傳送到對方后再進行反變換，最終還原為語音信號。由于IP電話采用了分組交換和統(tǒng)計復用技術(shù)，實現(xiàn)了語音、數(shù)據(jù)的綜合傳輸，使整個網(wǎng)絡(luò)的運營成本大幅度降低，從而使得用戶承受的通信費用大大減少。 采用先進的數(shù)字信號處理技術(shù)，可以將原64kb的語音信號壓縮成8kb或更低碼速率的數(shù)據(jù)流，能夠在同一條線路上傳輸比采用模擬技術(shù)更多的信息。以往的IP電話終端采用DSP作為主要處理器，這種系統(tǒng)對語音信號處理還行，但是通信能力較弱。正是因為如此，本文基于Motorola和TI的TMS320C5402數(shù)字信號處理器設(shè)計了一種IP電話語音終端系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)在以太網(wǎng)中的IP電話通信。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

    MPC860微處理器是摩托羅拉推出的Power QUICC家族成員之一，是一個多用途的通訊處理器芯片。它采用嵌入式處理器內(nèi)核（embedded Power PC core）和通訊處理器模塊（CPM）的雙處理器結(jié)構(gòu)。嵌入的Power PC內(nèi)核，負責通用的工作，CPM分擔嵌入式Power PC核的外圍工作任務(wù)，主要進行通信業(yè)務(wù)。這種雙處理器體系結(jié)構(gòu)功耗要低于傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的處理器。TMS320C5402是德州儀器公司生產(chǎn)的低功耗高性能的專用定點DSP芯片，其片內(nèi)有RAM 16kb，ROM 4kb，運算速度比普通處理器快很多，非常適合于對實時性要求較高的數(shù)字信號處理。
    在本系統(tǒng)中，對通信能力和數(shù)字信號處理要求較高。TI的DSP以其強大的數(shù)字信號功能在數(shù)字信號處理方面得到廣泛應(yīng)用，但是其通信能力卻較弱。MPC860強大功能在于它的通信處理能力，正好彌補了TMS320C5402的不足。正是基于MPC860 和TMS320C5402各自特長，經(jīng)過分析，給出如下IP電話終端系統(tǒng)硬件方案：
 

    整個系統(tǒng)主要分為主控模塊、控制顯示模塊和語音采樣和播放模塊組成。主控模塊由MPC860構(gòu)成，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的核心控制；語音處理模塊由TMS320C5402數(shù)字信號處理器構(gòu)成，是整個系統(tǒng)的語音信號處理核心；網(wǎng)絡(luò)控制模塊由LXT905構(gòu)成，完成整個系統(tǒng)和以太網(wǎng)的通信；語音采樣和播放模塊主要由TLC320AD545構(gòu)成，負責系統(tǒng)語音信號的采樣轉(zhuǎn)換和最后的語音播放。其中MPC860和TMS320C5402是整個系統(tǒng)的核心部分，完成整個系統(tǒng)的控制和語音信號的處理。

3 主控模塊和語音處理模塊的設(shè)計

    主控模塊的MPC860是Motorola專為通信應(yīng)用而設(shè)計的處理器，在本系統(tǒng)中完成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信令交互、呼叫處理等通信功能，是整個系統(tǒng)的呼叫控制核心。語音處理模塊的TMS320C5402是IT公司專為數(shù)字信號處理而設(shè)計的，在本系統(tǒng)中完成語音信號的編解碼、壓縮等功能，是整個系統(tǒng)的語音信號處理核心單元。
    在系統(tǒng)中，主控模塊的MPC860和語音處理模塊的TMS320C5402采用主從連接。MPC860作為主機，TMS320C5402作為從機，兩者通過HIP接口進行通信，連接簡單。這樣即發(fā)揮了MPC860的通信控制，又發(fā)揮TMS320C5402的數(shù)字信號處理優(yōu)點。
    在系統(tǒng)的語音處理過程中需要一定的存儲空間，由TMS320C5402數(shù)字信號處理器只有16k的片上存儲空間無法滿足語音處理過程的要求，因此需要進行存儲器的擴展。TMS320C5402帶有內(nèi)存擴充，MPC860的內(nèi)存控制器就附帶有8個內(nèi)存槽。因此在本系統(tǒng)中，對于存儲器的擴展，可以在TMS320C5402進行，也可以在MPC860進行。在本系統(tǒng)中為保持MPC860對整個系統(tǒng)的更好的控制和功能緊湊，這里在MPC860上進行擴展。經(jīng)過分析比較，決定使用1片4MBFlash E2PROM和2片16MBSDRAM。其中，F(xiàn)lash E2PROM采用Intel公司的28F320B3，占用BANKO，對應(yīng)于/CS0片選信號，內(nèi)存管理機制選擇GPCM（通用片機選擇機制），數(shù)據(jù)總線寬度為32位，SDRAM采用SAMSUNG公司的K45281632B。占用BANKI，對應(yīng)于/CS1片選信號，內(nèi)存管理機制選擇UPMA（用戶可編程機制），2片SDRAM并行使用，數(shù)據(jù)總線寬度為32—bit。如圖2 所示。
       

4 網(wǎng)絡(luò)控制模塊設(shè)計

    網(wǎng)絡(luò)控制模塊以Intel公司生產(chǎn)的LXT905通用10BASE—T收發(fā)器為核心，再通過232467SM變壓器提供到附近單元接口AUI或10BASE—T雙絞線的直接連接。完成系統(tǒng)與以太網(wǎng)的通信，包括：Manchester編解碼、接收抑制和發(fā)送脈沖整形、鏈路完整性測試、10BASE—T極性翻轉(zhuǎn)檢測與糾正等功能。
在MPC860中有4個串行通信控制器SCC，可單獨配置執(zhí)行不同協(xié)議，實現(xiàn)如橋接、路由、網(wǎng)關(guān)功能等，提供到WAN、LAN和專用網(wǎng)絡(luò)的接口。設(shè)置通用SCC模式寄存器GSMR[MODE]=ob1100，可以選擇Ethernet。SCC將執(zhí)行Ethernet/IEEE802.3所有CSMA/CD的介質(zhì)訪問控制MAC和為信道提供接口的功能。由于我們設(shè)計的IP電話終端系統(tǒng)主要用在以太網(wǎng)中，進行通信，故這里將SCC定義為Ethernet模式。

    圖3是MPC860到Ethernet的信號連接方法。在MPC860和Ethernet控制器外部還需要一個串行接口適配器SIA（RJ—45）和收發(fā)器完成到介質(zhì)的接口。
    MPC860內(nèi)核配置SCC為Ethernet控制器工作，除了設(shè)置通用SCC模式寄存器之外，還需要將GSMR的其它域設(shè)定為特定值。如數(shù)據(jù)同步寄存器DSR用來指定幀的同步圖樣，在Ethernet模式需要設(shè)置DSR[SYN1]=ox55，DSR[SYN2]=oxDE。收發(fā)錯誤信息將記錄在SCC Ethernet接收緩存描述符RxBD和SCC Ethernet 發(fā)送緩沖寄存器TxBD中。

5 其它模塊設(shè)計

    語音采樣和播放模塊的核心是TLC320AD545，它是美國TI公司生產(chǎn)的高度音頻編解碼器。語音采樣模塊由一個編解碼器TLC320AD545、模擬電路和一個串口組成，同時它還包括話筒、放大電路、揚聲器驅(qū)動電路。如圖所示：
           

    TLC320AD545的主要功能指標：最高采樣率11.025Hz，16bit采樣，80db動態(tài)范圍，8歐姆AT41差分揚聲驅(qū)動。A/D通道與話筒完成語音的數(shù)字化，D/A與揚聲器相連將收到的數(shù)字化語音轉(zhuǎn)化成模擬語音播放出來。串口與TMS320C5402的串口相連完成數(shù)據(jù)傳輸?？刂骑@示模塊主要實現(xiàn)系統(tǒng)LCD顯示。

6 結(jié)束語

    本文基于Motorola的MPC860和TI的TMS320C5402數(shù)字信號處理器設(shè)計了一種在以太網(wǎng)中的進行IP電話通信的高性能IP電話語音終端系統(tǒng)。解決了常規(guī)只用數(shù)字信號處理器的通信處理能力不高的問題，對當今IP電話發(fā)展有一定的意義。

參考文獻

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