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[導(dǎo)讀]摘要:用Infineon公司的MIPS架構(gòu)處理器ADM5120設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無(wú)線VoIP系統(tǒng)。從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì):首先對(duì)系統(tǒng)硬件三大主要模塊即:ADM5120主處理器、VINETIC語(yǔ)音模塊、存儲(chǔ)模塊分別進(jìn)行了研討;接著描

摘要:用Infineon公司的MIPS架構(gòu)處理器ADM5120設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無(wú)線VoIP系統(tǒng)。從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì):首先對(duì)系統(tǒng)硬件三大主要模塊即:ADM5120主處理器、VINETIC語(yǔ)音模塊、存儲(chǔ)模塊分別進(jìn)行了研討;接著描述了如何在無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)UDP方式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊和廣播通訊。無(wú)線VoIP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證明其性能可靠,價(jià)格低廉,具有廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:ADM5120;VOIP;UDP;點(diǎn)對(duì)點(diǎn);廣播

O 引言
    VoIP(Voice over IP)由于其在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信,促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)資源的利用,降低了語(yǔ)音業(yè)務(wù)成本,在全球范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。802.11無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)將用戶從有線的網(wǎng)絡(luò)連接中解放出來(lái)。在企業(yè)中部署WLAN網(wǎng)絡(luò)之后建立VoIP的應(yīng)用,并不需要對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造就能滿足在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行語(yǔ)音通信的需求,并且滿足下一代移動(dòng)通信應(yīng)用在單一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、多媒體的傳輸?shù)陌l(fā)展方向。本文將VoIP和WLAN(Wir-eless LAN)結(jié)合到一起,在MIPS(Microprocessor Without Interlocked PipelineStages)架構(gòu)的處理器ADM51-20上實(shí)現(xiàn)了在無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行IP通話的功能。系統(tǒng)以終端的形式進(jìn)行通信,可移動(dòng)性強(qiáng)。

1 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)
1.1 硬件的整體架構(gòu)
    系統(tǒng)硬件的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。系統(tǒng)硬件主要由五部分組成:ADM5120主處理器部分、通話控制部分、無(wú)線子卡部分、存儲(chǔ)部分和外設(shè)連接部分。通話控制部分采用Infineon公司語(yǔ)音芯片VINETIC-2CPE,Vers-ion 2.1(PEB3322)為子處理器,外接A/D,D/A轉(zhuǎn)換功能的用戶接口電路SLIC-DC PEB4268,與存儲(chǔ)部分一起構(gòu)成語(yǔ)音實(shí)時(shí)處理骨架;無(wú)線子卡部分采用Atheros公司的WMIA-165G802.11g Mini PCI模塊,并用adwifi驅(qū)動(dòng)無(wú)線子卡;存儲(chǔ)部分使用2塊sDRAM存儲(chǔ)器和1塊NOR FLASH存儲(chǔ)器;外設(shè)連接部分包括一個(gè)WAN口和四個(gè)LAN口、Mini-PCI接口、輸出模擬電話信號(hào)的RJ-11接口,以及用于調(diào)試的RS 232串口。
1.2 ADM5120主處理器
    德國(guó)Infineon公司的ADM5120是一款基于哈佛體系結(jié)構(gòu)的SoC(片上系統(tǒng))的嵌入式處理器,具有5級(jí)流水線,并使用了32位MIPS指令集。同時(shí)ADM5120還是一款典型的寄存器型微處理器,其配置了32個(gè)通用寄存器和一對(duì)存儲(chǔ)64位數(shù)據(jù)的寄存器Hi和Lo以及異常PC寄存器,其中Hi和Lo寄存器用于存放定點(diǎn)乘法的結(jié)果。ADM5120中還內(nèi)置了32/16位MIPS32 4KEC處理器,其采用TLB(Translation Lookaside Buffer)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存管理和流水線中的異常處理功能,并使用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)在內(nèi)存和寄存器之間傳輸數(shù)據(jù),提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率,加快了程序的執(zhí)行速度。另外,ADM5120還集成了多種外圍部件,主要有:PCI(Peripheral(Component Interconnect)總線接口,5個(gè)100 Mb/s的以太網(wǎng)接口,并且還配置了ADM5120內(nèi)置的PHY芯片,內(nèi)嵌了16 MB/85 MHzSDRAM存儲(chǔ)器,給系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了很大的方便。


    在本系統(tǒng)中,微控制器接口(非緩沖接口)與VINETIC,F(xiàn)ALSH-RAM,SDRAM并行連接,并分別使用8 B,16 B,32 B的總線寬度。ADM5120通過(guò)微控制器接口控制與之相連的VINETIC并將語(yǔ)音數(shù)據(jù)從WLAN接口傳給VINE-TIC,反之亦然。ADM5120的通用輸入/輸出端口GPIOs控制VINET-IC的復(fù)位信號(hào)并為VINETIC生成片選信號(hào),同時(shí)GPIOs還作為VINETIC準(zhǔn)備功能和中斷信號(hào)的輸入。而連接到ADM5120的LED指示燈顯示W(wǎng)AN口和LAN口連接狀態(tài)以及模擬輸出接口的模擬線路狀態(tài)。
1.3 VINETIC語(yǔ)音模塊
    VINETIC (Voice and Internet Enhance Telephony Interface Circuit)是Infineon公司的一款語(yǔ)音處理模塊,它將編解碼器和語(yǔ)音處理功能集成在一起,能達(dá)到與傳統(tǒng)語(yǔ)音服務(wù)相同的語(yǔ)音質(zhì)量。VINETIC處理模擬電話信號(hào),語(yǔ)音壓縮包,并提供實(shí)時(shí)壓縮包的緩沖,具有自適應(yīng)回聲抵消,靜音檢測(cè),DTMF信號(hào)產(chǎn)生、譯碼等功能。
    VINETIC芯片的主接口電路如圖2所示。其中4和5為片選輸入端;AD0~AD7:雙向的輸入/輸出信號(hào),相應(yīng)的引腳有3種運(yùn)行狀態(tài):低電平、高電平或高阻抗,當(dāng)CSQ為高電平時(shí),DOUT呈高阻狀態(tài),此時(shí)需要外接10 kΩ的上拉電阻;28和29輸出數(shù)字電平,漏極開(kāi)路,相應(yīng)的引腳有2種運(yùn)行狀態(tài):低電平有效或三態(tài),并允許多個(gè)設(shè)備共享為線或。芯片供電電路部分:66外接鎖相環(huán)路,此鎖相環(huán)重要地影響到芯片的總性能,因此應(yīng)特別注意對(duì)鎖相環(huán)供電的濾波器;64將鎖相環(huán)接地。


1.4 存儲(chǔ)模塊
    系統(tǒng)存儲(chǔ)模塊包括1塊NOR FLASH芯片MX29LV320和2塊SDRAM芯片W986432DH。MX29LV320的引腳分布如圖3所示。
    其中A0~A20:地址輸入;DQO~DQl4:數(shù)據(jù)輸入/輸出;DQl5/A-1:DQl5(按字模式進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入/輸出),A-1(按字節(jié)模式進(jìn)行最低有效位地址輸入);:切片啟動(dòng)輸入;:寫(xiě)啟動(dòng)輸入;:輸出啟動(dòng)輸入;:硬件重啟引腳,低電平有效;:讀/忙輸出,連接到主處理器ADM5120的RDY引腳以提高速度。


    W986432DH的引腳分布如圖4所示。其中A0~A10:地址引腳;BS0和BSl:存儲(chǔ)體選擇;DQO~DQ31:數(shù)據(jù)輸入/輸出的復(fù)用引腳;RAS:行地址選通;CAS:列地址選通;WE:允許寫(xiě)入,命令輸入,當(dāng)在RAS時(shí)鐘上升沿取樣時(shí),CAS和WE確定操作將被執(zhí)行;DQM0~DQM3:輸入/輸出掩碼,當(dāng)DQM在讀周期高電平采樣時(shí)輸出緩沖區(qū)置于高阻抗(2個(gè)時(shí)延),而在寫(xiě)周期采樣將零時(shí)延地阻止寫(xiě)操作;CLK:在時(shí)鐘上升沿抽樣輸入;CKE:時(shí)鐘啟動(dòng),當(dāng)CKE為低時(shí),進(jìn)入掉電模式、暫停模式或自我充電模式。

2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的整體架構(gòu)如圖5所示,其在無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了基于ADM5120的UDP方式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊和廣播通訊。UDP(User Datagram Protocol,用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)主要用來(lái)支持那些需要在計(jì)算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。眾多的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用例如網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議系統(tǒng)等都需要使用UDP協(xié)議。UDP協(xié)議直接位于IP(網(wǎng)際協(xié)議)協(xié)議的頂層,屬于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的傳輸層協(xié)議。由于UDP協(xié)議不需建立連接,具有效率高、速度快和占用資源少等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用于消息通信和實(shí)時(shí)系統(tǒng)中可以提高系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的效率。UDP具有組播和廣播功能,是分發(fā)信息的一個(gè)理想?yún)f(xié)議。本系統(tǒng)還移植了一種基于ADM5120的嵌入式Web服務(wù)器boa,實(shí)現(xiàn)了對(duì)VoIP系統(tǒng)進(jìn)行基于B/S方式的Web配置。


2.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊的實(shí)現(xiàn)
    在本系統(tǒng)中,在一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)的任意兩個(gè)應(yīng)用程序之間可以進(jìn)行全雙工通信,每個(gè)應(yīng)用程序既可做為服務(wù)器又可做為客戶端。其UDP編程步驟如圖6所示,以下是兩個(gè)應(yīng)用程序A和B之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程:


    (1)雙方分別建立socket,調(diào)用socket函數(shù):
    s=socket(PF_INET,SOCK_DGRAM,O)
    SOCK DGRAM表示套接字類(lèi)型為數(shù)據(jù)報(bào)套接字,即采用UDP協(xié)議進(jìn)行通信。
    (2)綁定已設(shè)置好的自己的地址和端口信息,調(diào)用bind函數(shù):
    bind(s,(struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(struct sockaddr))
    (3)將select函數(shù)置于阻塞狀態(tài),直到監(jiān)視文件描述符集合rfds中某個(gè)文件描述符發(fā)生變化為止:
    select(pCtrI一>rwd+1,&rfds,IFX_NULL,IFX_NULL.NULL)
    (4)數(shù)據(jù)傳輸:sendto()和recvfrom()用于在無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)socket方式下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于本地socket并沒(méi)有與遠(yuǎn)端機(jī)器建立連接,所以在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)指明目的地址。如圖6所示,A作為發(fā)送方,通過(guò)其套接字用函數(shù)sendto()將其服務(wù)請(qǐng)求數(shù)據(jù)發(fā)送到接收方B的指定端口,B通過(guò)其套接字用函數(shù)recvfrom()接收數(shù)據(jù),處理好服務(wù)請(qǐng)求后又將服務(wù)應(yīng)答發(fā)回A,此時(shí)A便成了接收方,A接收應(yīng)答后還可繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)給B。
2.2 廣播通訊的實(shí)現(xiàn)
    廣播和多播都用于實(shí)現(xiàn)向多個(gè)接收者發(fā)送UDP數(shù)據(jù)報(bào),但是廣播不像多播那樣在接收端有復(fù)雜的控制過(guò)程,因而實(shí)現(xiàn)比多播簡(jiǎn)單的多。以下廣播通訊的實(shí)現(xiàn)均在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。
    在發(fā)送方,只需要設(shè)置套接字socket的選項(xiàng)為允許發(fā)送廣播,然后在發(fā)送時(shí)指定目的IP為廣播地址即可。具體地,允許socket廣播通過(guò)setsockopt函數(shù)設(shè)置廣播選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn),當(dāng)setsockopt參數(shù)optname為SO_BROADCAST時(shí),表示打開(kāi)或禁止從該socket廣播,當(dāng)參數(shù)optval為1時(shí)允許廣播,為0時(shí)禁止廣播。
    系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)廣播的部分源碼為:

    /*WIRLESS_IP_BROADCAST為廣播地址,其值是將網(wǎng)絡(luò)接口(本系統(tǒng)為athO)IP地址的主機(jī)ID部分設(shè)置為全1,網(wǎng)絡(luò)ID部分不變而得到*/
    to_addr.sin_family=AF_INET;
    據(jù)文獻(xiàn)所講,在接收方,一般不需做任何改動(dòng)即可收到廣播。但在本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,當(dāng)將socket綁定到非INADDR ANY的IP地址時(shí),接收方無(wú)法收到廣播,并且沒(méi)有任何錯(cuò)誤指示,即需要綁定本地端口地址到通配地址INADDR ANY才可接收廣播:
    my_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    另外,本系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了廣播強(qiáng)插功能,即不管用戶當(dāng)前處于摘機(jī)、撥號(hào)狀態(tài),還是處于通話狀態(tài),當(dāng)有廣播來(lái)電時(shí),都斷開(kāi)原來(lái)的連接而與廣播主叫建立新的連接(用戶不用掛機(jī))。為了防止通話混亂,本系統(tǒng)設(shè)定同一時(shí)刻只有擁有廣播控制權(quán)的用戶有發(fā)言權(quán),而其他用戶能聽(tīng)不能說(shuō),當(dāng)其他用戶想發(fā)言時(shí),只要按下“*”鍵就搶到了廣播控制權(quán),最后只有當(dāng)擁有廣播控制權(quán)的用戶掛機(jī)時(shí),廣播才停止,而任一其他用戶掛機(jī),不影響廣播通訊繼續(xù)進(jìn)行。
    系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)廣播強(qiáng)插的部分源碼見(jiàn)表1和表2。

3 結(jié)語(yǔ)
    該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,成功地應(yīng)用于常德市某一電廠,進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度,系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊和廣播通訊,并且通話質(zhì)量良好,基本無(wú)雜音和抖動(dòng)。
    本系統(tǒng)因自帶無(wú)線網(wǎng)卡可以自組織網(wǎng)絡(luò),它可以作為一種無(wú)線指令調(diào)度機(jī)被應(yīng)用到通信蔽塞的工廠,另外還可外接喇叭自動(dòng)接聽(tīng)電話,機(jī)器操作員不用停下手中的工作就可照指令進(jìn)行相應(yīng)的操作。另外,本系統(tǒng)應(yīng)用可拓展性好,如:系統(tǒng)可通過(guò)PCM通道進(jìn)行FXO連接從而實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)PSTN互通(見(jiàn)圖1);在本系統(tǒng)上移植SIP協(xié)議棧便可實(shí)現(xiàn)與WIFI手機(jī)互通;將本系統(tǒng)整合到Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中,基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的各類(lèi)移動(dòng)終端設(shè)備便可應(yīng)運(yùn)而生,因此本系統(tǒng)具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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