利用VxWorks作Internet電話網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

電話網(wǎng)和Internet的互通是通過Internet電話網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。Internet電話網(wǎng)關(guān)最為典型的CTI(Computer Telephony Integration)技術(shù)。簡單地說，Internet電話網(wǎng)關(guān)要實(shí)現(xiàn)以下功能：Internet電話網(wǎng)關(guān)的一端連接的是公用電話網(wǎng)PSTN,它能和任何一部電話進(jìn)行通信。另一端，Internet電話網(wǎng)關(guān)連接的是Internet，它能和網(wǎng)上的任何一臺(tái)電腦進(jìn)行通信。Internet電話網(wǎng)關(guān)完成對話音的壓縮，打包，路由到Internet的目的地。對來自Internet的包數(shù)據(jù)施行和(3)相反的功能。全雙工的通信。

Internet電話網(wǎng)關(guān)所完成的功能是由軟、硬件共同實(shí)現(xiàn)的。軟件的設(shè)計(jì)，尤其是底層軟件的設(shè)計(jì)，是與硬件密不可分的。Internet電話網(wǎng)關(guān)的硬件平臺(tái)主要由三部分組成，即與電話網(wǎng)的接口(話音總線接口或E1/T1接口)，資源處理模塊以及與Internet的接口(網(wǎng)卡)。其中資源處理模塊是系統(tǒng)的核心模塊，它完成話音 (來自PSTN)和數(shù)據(jù)包(來自IP網(wǎng)絡(luò))之間的轉(zhuǎn)換。資源處理模塊由基板和信號(hào)處理子板構(gòu)成?；逵煽刂铺幚砥?80960RD)，交換芯片、存儲(chǔ)器及相應(yīng)的外圍器件組成，其中80960RD為系統(tǒng)的主控CPU，而交換芯片完成對話音時(shí)隙的交換。信號(hào)處理子板作為基板上的一個(gè)PCI設(shè)備，完成語音壓縮及回聲抵消算法。開發(fā)人員編程實(shí)現(xiàn)的模塊有BSP、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、H.323底層接口、系統(tǒng)控制及H.323上層應(yīng)用。

BSP

編寫B(tài)SP的目的就是要把VxWorks移植到我們自己的硬件平臺(tái)上來。BSP的主要任務(wù)是完成核前的初始化工作。基于ROM的vxWorks初始化步驟：

以下每一項(xiàng)依次表示：

執(zhí)行函數(shù)(xxx())

主要任務(wù)

所在源文件 （xxx.c或xxx.s)

1.romInit()
　　(a)關(guān)中斷
　　(b)保存啟動(dòng)類型
　　(c)硬件相關(guān)初始化
　　(d)跳轉(zhuǎn)至romStart()
　　(d)跳轉(zhuǎn)至romStart()
　　RomInit.s

2.romStart()
　　(a)把data段從ROM拷到RAM中
　　(b)把text段從ROM拷到RAM中
　　(c)把啟動(dòng)類型傳遞給userInit()
　　BootInit.c

3.userInit()
　　清bss段，先后調(diào)用sysHwInit()
　　及kernelInit()
　　UserConfig.c

4.sysHwInit()
　　做進(jìn)一步的硬件初始化工作
　　SysLib.c

5.kernelInit()
　　初始化并啟動(dòng)內(nèi)核
　　KernelLib.c

6.usrRoot()
　　核后第一個(gè)根任務(wù)。初始化I/O系統(tǒng)，安裝驅(qū)動(dòng)程序，創(chuàng)建設(shè)備。
　　UsrConfig.c

7.Application
　　用戶自定義的任務(wù)
　　用戶源程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)

1.系統(tǒng)時(shí)鐘： VxWorks唯一不可缺少的驅(qū)動(dòng)即是系統(tǒng)時(shí)鐘。Tornado開發(fā)環(huán)境已提供了系統(tǒng)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)程序。若要修改系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率只需對80960RD的時(shí)鐘控制寄存器進(jìn)行簡單編程。

2.輔助時(shí)鐘： 可選。驅(qū)動(dòng)的編程方法與系統(tǒng)時(shí)鐘基本相同，可把80960RD的另一個(gè)計(jì)數(shù)器編程為輔助時(shí)鐘。

3.串行口控制器：由于系統(tǒng)調(diào)試只能使用串口，故基板上配有串行接口供調(diào)試所用。串行口控制器的驅(qū)動(dòng)的主要工作即是對串行口控制器的控制寄存器進(jìn)行初始化及動(dòng)態(tài)修改。

4.交換芯片： 80960RD對交換芯片的控制是通過對其功能寄存器的編程來實(shí)現(xiàn)的?？梢院唵蔚卦陬^ 文件里定義這些寄存器的地址。

5.信號(hào)處理子板：信號(hào)處理子板接在80960RD的PCI總線上，是基板的一個(gè)PCI設(shè)備?；迮c信號(hào)處理子板通過PCI總線交換數(shù)據(jù)。 vxWorks forPCI設(shè)備?；迮c信號(hào)處理子板通過PCI總線交換數(shù)據(jù)。vxWorks for80960RD支持PCI總線并提供了大量的PCI總線操作函數(shù)。信號(hào)處理子板應(yīng)作為標(biāo)準(zhǔn)的PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)起來。

6.以太網(wǎng)接口： VxWorks的網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)相對要復(fù)雜的多。其編寫方法與標(biāo)準(zhǔn)的I/O驅(qū)動(dòng)并不相同。值得注意的是，一定要把驅(qū)動(dòng)程序與vxWorks上的協(xié)議棧正確地"連"在一起。

系統(tǒng)控制

系統(tǒng)控制分為80960RD 對信號(hào)處理子板和交換芯片的控制以及系統(tǒng)檢測與異常處理。

H.323的底層接口

H.323協(xié)議棧為運(yùn)行在VxWorks上的第三方產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)如圖6。H.323協(xié)議是一套基于包交換的多媒體通信協(xié)議族。它向上為用戶提供了高層的 API函數(shù)接口去實(shí)現(xiàn)H.323標(biāo)準(zhǔn)，向下定義了一些函數(shù)集與VxWorks接口。H.323協(xié)議棧底層接口由5個(gè)模塊組成，這5個(gè)模塊屬于 VxWorks上的應(yīng)用程序。用戶要在VxWorks上編程去實(shí)現(xiàn)這5個(gè)模塊。

1.局域網(wǎng)接口(LI)模塊：利用VxWorks的TCP/IP協(xié)議棧抽象出IP Socket的一些操作。要在VxWorks上編程去實(shí)現(xiàn)這5個(gè)模塊。

1.局域網(wǎng)接口(LI)模塊：利用VxWorks的TCP/IP協(xié)議棧抽象出IP Socket的一些操作。

2.計(jì)時(shí)器(Timer)模塊：利用VxWorks的時(shí)鐘抽象出低層的計(jì)時(shí)操作。

3.消息(Message)模塊： 利用VxWorks的消息傳遞機(jī)制抽象出低層的消息篩選及消息打印操作。

4.存儲(chǔ)器(MEMF)模塊：抽象出低層的存儲(chǔ)器操作

5.協(xié)議描述語言(PDLRAW)模塊：抽象出低層的PDL原始對象處理操作。

H.323上層應(yīng)用

上層的應(yīng)用程序主要是利用H.323協(xié)議棧提供的API函數(shù)編程完成呼叫建立、呼叫處理、話音數(shù)據(jù)打包等功能，從而實(shí)現(xiàn)Internet電話的協(xié)議。

可靠性考慮

操作系統(tǒng)的用戶希望在一個(gè)工作穩(wěn)定，可以信賴的環(huán)境中工作，所以操作系統(tǒng)的可靠性是用戶首先要考慮的問題。而穩(wěn)定、可靠一直是VxWorks的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。自從對中國的銷售解禁以來，VxWorks以其良好的可靠性在中國贏得了越來越多的用戶。

實(shí)時(shí)性考慮

實(shí)時(shí)性是指能夠在限定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完規(guī)定的功能并對外部的異步事件作出響應(yīng)的能力。實(shí)時(shí)性的強(qiáng)弱是以完成規(guī)定功能和作出響應(yīng)時(shí)間的長短來衡量的。

從操作系統(tǒng)能否滿足實(shí)時(shí)性要求來區(qū)分，可把操作系統(tǒng)分成分時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

分時(shí)操作系統(tǒng)按照相等的時(shí)間片調(diào)度進(jìn)程輪流運(yùn)行，分時(shí)操作系統(tǒng)由調(diào)度程序自動(dòng)計(jì)算進(jìn)程的優(yōu)先級，而不是由用戶控制進(jìn)程的優(yōu)先級。這樣的系統(tǒng)無法實(shí)時(shí)響應(yīng)外部異步事件。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠在限定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完所規(guī)定的功能，并能在限定的時(shí)間內(nèi)對外部的異步事件作出響應(yīng)。分時(shí)系統(tǒng)主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算和一般實(shí)時(shí)性要求不高的場合。實(shí)時(shí)性系統(tǒng)主要應(yīng)用于過程控制、數(shù)據(jù)采集、通信、多媒體信息

處理等對時(shí)間敏感的場合。Internet電話面向的是廣大的電話用戶，必須要保證話音通信的實(shí)時(shí)性，加之Internet電話系統(tǒng)固有的傳輸延時(shí)和算法延時(shí)，所以選擇一個(gè)實(shí)時(shí)性良好的操作系統(tǒng)就顯得尤為重要。

如何保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性？當(dāng)然可以采用提高硬件能力的辦法，80960RD有足夠的處理能力，PCI總線和外圍存儲(chǔ)器有足夠的速度和容量，80960RD 內(nèi)置的中斷控制器也有足夠的事件響應(yīng)和控制能力；但只考慮硬件是不夠的，還必須有一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。在同樣的硬件條件下，運(yùn)行系統(tǒng)所提供的是一個(gè)實(shí)時(shí)的還是一個(gè)非實(shí)時(shí)的服務(wù)，是由操作系統(tǒng)來決定的。在硬件條件確定之后，一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能好壞也是由操作系統(tǒng)決定的。

VxWorks 的實(shí)時(shí)性做得非常好，其系統(tǒng)本身的開銷很小，進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、中斷處理等系統(tǒng)公用程序精練而有效，它們造成的延遲很短。VxWorks 提供的多任務(wù)機(jī)制中對任務(wù)的控制采用了優(yōu)先級搶占（Preemptive Priority Scheduling）和輪轉(zhuǎn)調(diào)度（Round-Robin Scheduling）機(jī)制，也充分保證了可靠的實(shí)時(shí)性，使同樣的硬件配置能滿足更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求，為應(yīng)用的開發(fā)留下更大的余地。

可裁減性考慮

用戶在使用操作系統(tǒng)時(shí)，并不是操作系統(tǒng)中的每一個(gè)部件都要用到。例如圖形顯示、文件系統(tǒng)以及一些設(shè)備驅(qū)動(dòng)在某些嵌入系統(tǒng)中往往并不使用。而 Internet電話網(wǎng)關(guān)正是典型的嵌入式系統(tǒng)，操作系統(tǒng)映像被裝在這有限的存儲(chǔ)器(FLASH)中，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的容量也有限。為了節(jié)省存儲(chǔ)器空間、提高運(yùn)行效率，我們需要根據(jù)自己的應(yīng)用裁減操作系統(tǒng)。

VxWorks 由一個(gè)體積很小的內(nèi)核及一些可以根據(jù)需要進(jìn)行定制的系統(tǒng)模塊組成。VxWorks 內(nèi)核最小為 8kB，即便加上其它必要模塊，所占用的空間也很小，且不失其實(shí)時(shí)、多任務(wù)的系統(tǒng)特征。由于它的高度靈活性，用戶可以很容易地對這一操作系統(tǒng)進(jìn)行定制或作適當(dāng)開發(fā)，來滿足自己的實(shí)際應(yīng)用需要。

開放性考慮

VxWorks有著較好的開放性。鑒于其擁有良好的聲譽(yù)和眾多的用戶，眾多第三方廠商開發(fā)了基于VxWorks的軟件產(chǎn)品，包括： OSI，SS7，ATM，F(xiàn)rame Relay，CORBA，ISDN，X.25，CMIP/GDMO、H.323以及分布式網(wǎng)絡(luò)管理等等。其中，我們可以根據(jù)需要購買一些我們感興趣的第三方產(chǎn)品，從而縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，占得市場先機(jī)。

易用性考慮

開發(fā)系統(tǒng)的易用性也是大多數(shù)用戶非常關(guān)心的問題。Tornado在主機(jī)開發(fā)環(huán)境中提供了幾套非常強(qiáng)大的開發(fā)工具，其簡潔的機(jī)制、良好的操作界面極大地方便了開發(fā)工作，提高了開發(fā)效率。