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[導(dǎo)讀]本文基于Motorola和TI的TMS320C5402數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)計(jì)了一種在以太網(wǎng)中進(jìn)行IP電話通信的高性能IP電話語(yǔ)音終端系統(tǒng)硬件平臺(tái)。解決了常規(guī)只用數(shù)字信號(hào)處理器的通信處理能力不高的問題。

摘要:本文基于Motorola和TI的TMS320C5402數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)計(jì)了一種在以太網(wǎng)中進(jìn)行IP電話通信的高性能IP電話語(yǔ)音終端系統(tǒng)硬件平臺(tái)。解決了常規(guī)只用數(shù)字信號(hào)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(shí)現(xiàn)普通電話與普通電話、PC與PC、PC與普通電話之間語(yǔ)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(yǔ)音信號(hào),所以,要把語(yǔ)音信號(hào)量化后進(jìn)行編碼、壓縮、打包(分組),使其變?yōu)閿?shù)據(jù)流,傳送到對(duì)方后再進(jìn)行反變換,最終還原為語(yǔ)音信號(hào)。由于IP電話采用了分組交換和統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù),實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音、數(shù)據(jù)的綜合傳輸,使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本大幅度降低,從而使得用戶承受的通信費(fèi)用大大減少。 采用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù),可以將原64kb的語(yǔ)音信號(hào)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(duì)語(yǔ)音信號(hào)處理還行,但是通信能力較弱。正是因?yàn)槿绱?,本文基于Motorola和TI的TMS320C5402數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)計(jì)了一種IP電話語(yǔ)音終端系統(tǒng),旨在實(shí)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(gè)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(fù)責(zé)通用的工作,CPM分擔(dān)嵌入式Power PC核的外圍工作任務(wù),主要進(jìn)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(diǎn)DSP芯片,其片內(nèi)有RAM 16kb,ROM 4kb,運(yùn)算速度比普通處理器快很多,非常適合于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)字信號(hào)處理。
    在本系統(tǒng)中,對(duì)通信能力和數(shù)字信號(hào)處理要求較高。TI的DSP以其強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)功能在數(shù)字信號(hào)處理方面得到廣泛應(yīng)用,但是其通信能力卻較弱。MPC860強(qiáng)大功能在于它的通信處理能力,正好彌補(bǔ)了TMS320C5402的不足。正是基于MPC860 和TMS320C5402各自特長(zhǎng),經(jīng)過分析,給出如下IP電話終端系統(tǒng)硬件方案:
 


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

3 主控模塊和語(yǔ)音處理模塊的設(shè)計(jì)

    主控模塊的MPC860是Motorola專為通信應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)的呼叫控制核心。語(yǔ)音處理模塊的TMS320C5402是IT公司專為數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的,在本系統(tǒng)中完成語(yǔ)音信號(hào)的編解碼、壓縮等功能,是整個(gè)系統(tǒng)的語(yǔ)音信號(hào)處理核心單元。
    在系統(tǒng)中,主控模塊的MPC860和語(yǔ)音處理模塊的TMS320C5402采用主從連接。MPC860作為主機(jī),TMS320C5402作為從機(jī),兩者通過HIP接口進(jìn)行通信,連接簡(jiǎn)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(hào)處理優(yōu)點(diǎn)。
    在系統(tǒng)的語(yǔ)音處理過程中需要一定的存儲(chǔ)空間,由TMS320C5402數(shù)字信號(hào)處理器只有16k的片上存儲(chǔ)空間無法滿足語(yǔ)音處理過程的要求,因此需要進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。TMS320C5402帶有內(nèi)存擴(kuò)充,MPC860的內(nèi)存控制器就附帶有8個(gè)內(nèi)存槽。因此在本系統(tǒng)中,對(duì)于存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,可以在TMS320C5402進(jìn)行,也可以在MPC860進(jìn)行。在本系統(tǒng)中為保持MPC860對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的更好的控制和功能緊湊,這里在MPC860上進(jìn)行擴(kuò)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(duì)應(yīng)于/CS0片選信號(hào),內(nèi)存管理機(jī)制選擇GPCM(通用片機(jī)選擇機(jī)制),數(shù)據(jù)總線寬度為32位,SDRAM采用SAMSUNG公司的K45281632B。占用BANKI,對(duì)應(yīng)于/CS1片選信號(hào),內(nèi)存管理機(jī)制選擇UPMA(用戶可編程機(jī)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(jì)

    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(cè)試、10BASE—T極性翻轉(zhuǎn)檢測(cè)與糾正等功能。
在MPC860中有4個(gè)串行通信控制器SCC,可單獨(dú)配置執(zhí)行不同協(xié)議,實(shí)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?cè)O(shè)計(jì)的IP電話終端系統(tǒng)主要用在以太網(wǎng)中,進(jìn)行通信,故這里將SCC定義為Ethernet模式。


    圖3是MPC860到Ethernet的信號(hào)連接方法。在MPC860和Ethernet控制器外部還需要一個(gè)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(cuò)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(jì)

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

    TLC320AD545的主要功能指標(biāo):最高采樣率11.025Hz,16bit采樣,80db動(dòng)態(tài)范圍,8歐姆AT41差分揚(yáng)聲驅(qū)動(dòng)。A/D通道與話筒完成語(yǔ)音的數(shù)字化,D/A與揚(yáng)聲器相連將收到的數(shù)字化語(yǔ)音轉(zhuǎn)化成模擬語(yǔ)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)LCD顯示。

6 結(jié)束語(yǔ)

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

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