基于SYS6K的分組語音處理模塊的設(shè)計(jì)

摘要：綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備以其靈活的接入方式，實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的集成。分組語音處理模塊PVM是綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備上必不可少的功能模塊，它完成VolP功能。本文完成接入媒體網(wǎng)關(guān)SYS6K中分組語音處理模塊的設(shè)計(jì)，首先分析SYS6K系統(tǒng)需求，然后對其中的分組語音處理模塊進(jìn)行研究并對其中的語音的處理模塊的軟硬件進(jìn)行詳細(xì)研究。
關(guān)鍵詞：接入媒體網(wǎng)關(guān)；分組語音處理；VOIP

0 引言
    當(dāng)前電信業(yè)務(wù)以話音和寬帶數(shù)據(jù)為主，多采用兩網(wǎng)相疊加的方式建設(shè)。SYS6K系統(tǒng)正是順應(yīng)了話音、數(shù)據(jù)、NGN三網(wǎng)合一的技術(shù)走向，充分融合了窄帶電路技術(shù)、NGN分組技術(shù)和寬帶技術(shù)，提供了一個可以面向NGN和PSTN的綜合業(yè)務(wù)接入平臺的解決方案。SYS6K綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)，符合中華人民共和國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD／T1243．3-2002。本文所設(shè)計(jì)的分組語音處理模塊正是該綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)上完成PCM碼流與IP數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換以及部分媒體協(xié)議處理的功能模塊。

1 SYS6K系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求
    SYS6K是可提供綜合業(yè)務(wù)接入的大容量接入媒體網(wǎng)關(guān)，提供模擬用戶接入、ADSL接入、VDSL接入、SHDSL接入等功能。對于模擬用戶接入，接入方式既提供E1接口接入傳統(tǒng)PSTN交換機(jī)，也提供10M／100M／1000M以太網(wǎng)口接入IP網(wǎng)絡(luò)。
    將傳統(tǒng)語音承載在IP上是個必然的趨勢，現(xiàn)在各大運(yùn)營商也都在上馬NGN的項(xiàng)目。所以既能滿足當(dāng)前PSTN業(yè)務(wù)的需求，又能實(shí)現(xiàn)到NGN的平滑過渡的產(chǎn)品正是運(yùn)營商所期待的。SYS6K的方案提供以上兩種方式的兼容主要都是根據(jù)局方的業(yè)務(wù)需求來決定的。分組語音處理模塊是主控板上的一個功能模塊，其選配與否根據(jù)數(shù)據(jù)上行選走El或是走VoIP來決定的，其功能主要完成語音處理，提供模擬話音到IP報文之間的轉(zhuǎn)換。前期的媒體網(wǎng)關(guān)開發(fā)，完成所需的信號處理、信令、打包和控制功能，以及發(fā)送壓縮或未壓縮的VolP報文(IP語音包)。
    AMU是IONE AX6000綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)的主控板，是實(shí)現(xiàn)媒體網(wǎng)關(guān)功能的主要部分，由窄帶語音交換和寬帶數(shù)據(jù)交換兩部分組成。窄帶語音交換部分由CPU控制單元、E1接口單元、HW時隙交換單元、安全邏輯單元、VoIP單元以及DSP單元組成。寬帶數(shù)據(jù)交換部分由CPU控制單元、
GALILEO二層交換套片和千兆光接口組成。窄帶語音交換部分的CPU處理器完成MGCP的處理、窄帶業(yè)務(wù)管理、接續(xù)控制、對外串口管理和主備控制等功能。E1接口單元完成2M PCM碼流到8M HW的轉(zhuǎn)換，并從PCM碼流中提取窄帶的工作基準(zhǔn)時鐘。HW時隙交換單元由兩片IDT72V70840組成，可提供PSTN電話語音交換和DDN數(shù)據(jù)交換，這兩種業(yè)務(wù)分別在兩個網(wǎng)片中獨(dú)立處理。安全邏輯單元實(shí)現(xiàn)窄帶時鐘處理，對VoIP模塊和CPU的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類限流以及MAC地址和IP地址的替換。VoIP模塊完成HW信號和IP數(shù)據(jù)流之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PSTN語音信號在InterNet上的傳輸，可以使IONE AX6000從傳統(tǒng)接入設(shè)備平滑地過渡到下NGN設(shè)備。DSP單元完成標(biāo)準(zhǔn)信號音放送、收號檢測。

2 分組語音處理模塊分析
    VoIP依功能基本上分成兩大部份，一是語音Codec即壓縮和解壓縮，二是予以IP封包進(jìn)而進(jìn)行語音信息的收發(fā)。該分組語音處理模塊(PVM)功能即實(shí)現(xiàn)PCM碼流與IP數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換以及媒體防議處理，以扣板的形式在系統(tǒng)中作為主控板的一個功能模塊。在整個系統(tǒng)中由主控板實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的控制，如呼叫的建立、管理和關(guān)閉等，主控板也要管理配置本模塊，作為扣板在系統(tǒng)中是時刻受控的。而且每次復(fù)位都需要主控板配置加載配置字，所以本模塊的故障處理、復(fù)位與否都是由主控板決定的，而不能由扣板自己決定是否復(fù)位。故和主控板之間的關(guān)系是隨時受控的，其信號走向穿插了主控板的寬帶和窄帶部分。

3 綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)SYS6K方案
    SYS6K是框式一體化結(jié)構(gòu)，集模擬用戶接入、ADSL接入、VDSL接入、SHDSL接入等功能于一身的綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)，由電源板PTU、主控板AMU、業(yè)務(wù)板ALU、ADU、VDU、IVD、SDU等組成。分組語音處理模塊PVM是主控板AMU上的一個功能性可選配扣板。
    寬帶數(shù)據(jù)部分CPU系統(tǒng)采用Motorola的8245 CPU系統(tǒng)，對外提供一個32位的PCI接口和LOCAL BUS接口。PCI總線可支持5個設(shè)備，8245通過PCI總線可對GALILEO48303進(jìn)行配置，再通過GALILEO公司定義的GUNK總線實(shí)現(xiàn)對各業(yè)務(wù)網(wǎng)口、上行千兆光口、路由模塊的數(shù)據(jù)交換。AMU單板總體框圖如圖1。

3．1 窄帶語音交換部分
    窄帶語音交換部分完成對PSTN El信號的接入、E1和PCM信號之間的轉(zhuǎn)換、PCM時隙之間的交換、PCM語音與IP數(shù)據(jù)流之間的轉(zhuǎn)換、安全邏輯等功能。主要信號流向是E1芯片收到PSTN網(wǎng)送來的E1信號，從中提取2M時鐘信號作為整個窄帶系統(tǒng)的基準(zhǔn)時鐘，并以此產(chǎn)生各個芯片所需的時鐘與幀同步信號。同時，PSTN網(wǎng)送來的E1信號經(jīng)過E1芯片后，編碼類型由HDB3轉(zhuǎn)換為NRz，然后再送入網(wǎng)片進(jìn)行PCM時隙交換，送給各用戶板，或者送給PVM扣板進(jìn)行處理。由于系統(tǒng)本身也提供模擬用戶接入PSTN網(wǎng)絡(luò)，在TDM接口部分，主控板AMU和窄帶業(yè)務(wù)板ALU已經(jīng)完成了模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。對話音業(yè)務(wù)而言有兩條處理途徑，通過系統(tǒng)的E1接口接入PSTN交換機(jī)或其他中繼設(shè)備，或者通過分組語音處理模塊打成IP報文。系統(tǒng)設(shè)計(jì)送入PVM的已經(jīng)是PCM信號的Highway。
3．2 寬帶數(shù)據(jù)處理部分
    寬帶數(shù)據(jù)交換部分完成對各種接入方式的基本配置、以太網(wǎng)交換和以太網(wǎng)管理等功能。寬帶部分結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

    系統(tǒng)寬帶業(yè)務(wù)豐富，寬帶處理功能強(qiáng)大，對PVM而言，由于采用的是主控板上的可選配功能模塊設(shè)計(jì)，考慮到系統(tǒng)接口的一致性，不能提供對外的業(yè)務(wù)接口，所以只能依賴于AMu上的上行口入網(wǎng)。

4 分組語音處理模塊設(shè)計(jì)
    分組語音處理模塊是VoIP產(chǎn)品中非常關(guān)鍵的一個部分。VoIP語音專用IC分為語音編解碼和封包處理兩部份。本文綜合SYS6K功能及性能需求，通過對幾種可選芯片的情況分析，最終選中了Broadcom的方案。選用Broadcom的Calisto BCMl510與FPGA配合的方案。因?yàn)锽CMl510單片有190路6711、128路6711+T．38、96路6711+T．38的處理能力，比較適合SYS6K的大容量需求，功耗也較小，且可單片選配和復(fù)位，既可基本滿足系統(tǒng)滿配的容量需求，又給業(yè)務(wù)容量和類型帶來了很好的靈活性，能很方便地實(shí)現(xiàn)多規(guī)格設(shè)計(jì)。1510完成語音編解碼和數(shù)據(jù)打包，但由于SPICE BUS屬于Broadcom專用協(xié)議，需由FPGA充當(dāng)SPICE BRIDGE，完成橋接功能，再經(jīng)過Switch芯片送到業(yè)務(wù)網(wǎng)口?？傮w結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5 硬件初始化設(shè)計(jì)分析
    PVM扣板驅(qū)動程序主要負(fù)責(zé)完成硬件初始化，內(nèi)核加載，完成PVM扣板的驅(qū)動，控制PVM扣板完成各種操作。
    初始化PVM扣板主要是設(shè)置PVM扣板硬件信息，加載內(nèi)核程序給Calisto。BCMl510。按照初始化流程分為如圖4所示的幾個部分。

    (1)加載PVM扣板上的FPGA，即SPICE BRIDGE。SPICE BRIDGE實(shí)現(xiàn)CPU的控制報文與CALISTO BCMl510的CELL之間的轉(zhuǎn)換。只有SPICE BRIDGE正常工作，PVM模塊才能進(jìn)行下一步的工作。
    (2)初始化FPGA上的LUT和寄存器。
    (3)在CPU上創(chuàng)建一個MUX層網(wǎng)絡(luò)接口，為CPU與CALISTO BCMl510通信做準(zhǔn)備。
    (4)對CALIST0 BCMl510進(jìn)行一級加載。一級加載是SPICE BRIDGE自動實(shí)現(xiàn)的，驅(qū)動程序僅需要將內(nèi)核文件放到SPICE BRIDGE下的SDRAM中的指定位置，啟動SPICE BRIDGE進(jìn)行一級加載就可以了。
    (5)對Calisto BCMl510進(jìn)行二級加載。二級加載是CPU通過MUX層網(wǎng)絡(luò)接口，將加載內(nèi)核傳送給Calisto BCMl510完成的。
    (6)創(chuàng)建通道。在Calisto BCMl510上預(yù)先創(chuàng)建一定數(shù)量的通道(一般是480個)。
    (7)激活通道。通道在創(chuàng)建完成后，必須進(jìn)行激活才能夠使用。

6 結(jié)論
    本文完成了可與主控設(shè)備相配合的分組語音處理模塊PVM的硬件電路設(shè)計(jì)，并付諸于生產(chǎn)，可應(yīng)用于多個接入網(wǎng)關(guān)和中繼網(wǎng)關(guān)設(shè)備，降低原有分組語音處理模塊的成本，增大系統(tǒng)處理容量，經(jīng)過硬件調(diào)測和軟硬件聯(lián)調(diào)之后已實(shí)際應(yīng)用在綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)上。