VoIP語音網關中TDM控制模塊的設計

Taylor 2009-03-13

展開全文

VoIP語音網關中TDM控制模塊的設計 發(fā)帖心情

Post By：2008-8-20 16:37:00

TDM控制模塊是VoIP網關系統(tǒng)設計中的重要部分，是連接來自PSTN(Public Switched TelephoneNetwork)串行的TDM數(shù)據格式和并行的Wishbone數(shù)據格式的橋梁，實現(xiàn)兩邊數(shù)據跨時鐘域無丟失的轉換。為滿足高速數(shù)據轉換的要求，采用了Wishbone總線，將多個IP核集成為VoIP網關系統(tǒng)。

　　Wishbone最先是由Silicore公司提出，現(xiàn)在已被移交給OpenCores組織維護。Wishbone總線規(guī)范是一種片上系統(tǒng)IP核互連體系結構，定義了一種IP核之間共公的邏輯接口，可用于軟核、固核和硬核，對開發(fā)工具和目標硬件沒有特殊要求，并且?guī)缀跫嫒菀延兴械木C合工具，可以用多種硬件描述語言來實現(xiàn)。

　　TDM控制模塊的設計

　　● TDM在VoIP語音網關系統(tǒng)中的作用

　　TDM控制模塊同時接收來自ISDN(綜合業(yè)務數(shù)字網)、E1專線或者語音編碼器等不同信源的串行語音數(shù)據。如圖1，VoIP語音網關的基本功能是完成以太網數(shù)據與外部語音設備數(shù)據的轉換，TDM接口與以太網接口分別為外部語音設備的數(shù)據、以太網上數(shù)據與網關系統(tǒng)的通信橋梁。該網關SoC系統(tǒng)的處理器采用的是同濟大學微電子中心自主沿發(fā)的高性能低功耗的32位嵌入式CPU BC320。

圖1 TDM控制模塊的作用

　　● 時分復用原理與TDM數(shù)據頻率

　　時分復用是把對信道的使用時間劃分為多個時間幀，進一步把時間幀劃分為n個時間隙(時間間隔)。每一個時間隙分配給一個子信道，從而實現(xiàn)在一個信道上同時傳輸多路信號。時分復用循環(huán)使用時間幀，各路信號循環(huán)順序插入時間幀中的時間隙傳輸。TDM控制模塊的主要作用就是復用多路信號與解復用混合有多路信號的 TDM數(shù)據，如圖2所示。

圖片點擊可在新窗口打開查看

圖2 時分復用的時隙

　　本設計的串行語音數(shù)據針對E1專線標準，E1主要應用于歐洲，中國也采用該標準。E1標準的數(shù)據率為2.048Mb/s，每一個時間幀包括30個B子信道，一個D子信道和一個同步子信道，共32個子信道。以語音模擬信道為例，信道帶寬限制為3.4kHz，根據奈圭斯特定律，子信道采樣速率至少是信號最高頻率的兩倍，通常選擇采樣速率為8kHz。因此，整個TDM信道的比特速率可以達到：

　　 8kb/s×8×32=2048kb/s=2.048 Mb/s，即E1標準規(guī)定的TDM數(shù)據率。

　　● 模塊設計

　　模塊的主要功能是完成多路數(shù)據的復用和復用數(shù)據的分解，其關鍵部分就是復用和分解。本設計采用緩存器輔助完成復用和分解，實現(xiàn)兩種協(xié)議數(shù)據跨時鐘域的轉換。本設計模塊主要分三部分，見圖3。

圖片點擊可在新窗口打開查看

[NextPage]

圖3 TDM接口控制模塊的基本結構

　　串行數(shù)據接口主要負責串行數(shù)據與8位寬并行數(shù)據的轉換，因為存放數(shù)據的FIFO是以8bit為一地址空間的。轉換由設計的狀態(tài)機來控制：接收 (receive)操作、發(fā)送(transmit)操作和等待，接收就是將串行數(shù)據轉換成8bit位寬數(shù)據的過程，發(fā)送與之相反。由于語音數(shù)據要求雙工機制，由時鐘高低電平來作為發(fā)送和接收狀態(tài)的切換信號，即當時鐘為低時由發(fā)送狀態(tài)轉為接收狀態(tài)，當時鐘為高時，由接收狀態(tài)切換為發(fā)送狀態(tài)，這樣可以看作接收與發(fā)送是同時進行的。

　　發(fā)送、接收緩存器不僅包括用于暫時存儲數(shù)據的FIFO，而且還設計有狀態(tài)機來控制接收、發(fā)送數(shù)據流。由于跨時鐘域，由雙口RAM組成的FIFO可能會帶來地址比較沖突的問題，本設計采用乒乓機制來完成FIFO，當一個緩存器進行讀操作時，另一個緩存器則進行寫操作，兩者的切換由硬件來完成。以下以接收緩存器為例(數(shù)據方向從TDM串行數(shù)據到Wishbone總線并行數(shù)據)來描述本設計。緩存器的大小設計為包含四幀TDM數(shù)據，因此每個FIFO的大小為 8bit×32×4＝1024bit，如圖4。選用乒乓FIFO以及FIFO大小設計的原因如下。

圖片點擊可在新窗口打開查看

圖4 乒乓FIFO

　　串行數(shù)據的時鐘相對于Wishbone總線的時鐘要慢，當兩時鐘域上的數(shù)據相互轉換時，Wishbone總線可以在很短時間內讀寫FIFO，而串行總線需要相對較長的時間讀寫相同數(shù)據量。盡管如此，在Wishbone總線時鐘頻率相對較慢時，Wishbone總線很可能在下一批串行數(shù)據寫進FIFO前不能完全讀空FIFO。以接收緩存器為例，如果不考慮處理器(BC320)中斷響應時間和從RAM讀數(shù)據的時間(待處理的數(shù)據都要先暫存在Wishbone 總線上掛的RAM中)，從Wishbone總線讀空一個FIFO中的四幀數(shù)據需要時間為：

　　1/25M x 32 x 4 = 5.12 x 10-6 s= 5.12us

　　25M是本設計在FPGA開發(fā)板進行測試時所采用的時鐘頻率，即測試系統(tǒng)時Wishbone總線上的時鐘頻率。

　　而在另一邊串行數(shù)據，當四幀寫滿FIFO后，第五幀的第一個字節(jié)數(shù)據開始寫入FIFO的準備時間為：

　　 1/24M x 8 = 4 x 10-6?s = 4us

　　FIFO中的四幀數(shù)據被讀空時間大于第五幀的第一個字節(jié)寫入FIFO的準備時間，F(xiàn)IFO的寫滿與讀空都是有硬件產生信號標識，此時FIFO讀空信號標識未產生，不能對同一FIFO進行寫操作，導致待寫數(shù)據丟失。因此選用兩個FIFO采用乒乓機制來切換讀寫操作，如圖4所示。

　　在解復用時，數(shù)據的地址恢復很重要，一個TDM數(shù)據幀含有32個時隙，每一時隙中的數(shù)據均來自不同的信道源，本模塊要將復用在一路的TDM數(shù)據恢復出32 路。TDM數(shù)據的每個時隙含8個bit，而Wishbone總線的數(shù)據位寬是32位，因此需要四幀的TDM數(shù)據才能拼接成一路完整32位寬數(shù)據。相鄰時隙數(shù)據由于來自不同信道源，暫存在FIFO中的地址不能相鄰，前一時隙中數(shù)據和后一時隙中數(shù)據在地址空間上相差4(如圖4)，這樣從初始地址開始，每相鄰四個地址對應的數(shù)據拼接成一路完整的信號，在Wish bone總線讀取FIFO中數(shù)據時的地址是按順序的。

　　本文著重討論了接收緩存器的設計，發(fā)送緩存器與之類似，這里就不再贅述。

　　Wishbone接口連接TDM控制模塊與Wishbone總線，它的主要功能是設計正確的狀態(tài)機產生有效控制信號來同步數(shù)據交換。

　　驗證與結論

　　用Verilog語言描述完成TDM控制模塊的設計，并以VoIP語音網關系統(tǒng)為驗證平臺，利用Candence公司的NC-verilog仿真器進行代碼仿真。仿真波形表明，處理器(BC320)對FIFO寫滿產生信號標識的反應時間大約為60個Wishbone總線時鐘周期，這一時間加上 Wishbone總線讀空第一個FIFO所用時間后，串行語音數(shù)據仍在寫進另一個FIFO，Wishbone總線有足夠的空閑等待這個FIFO寫滿標示信號的產生，不會有任何數(shù)據丟失。

　　VoIP語音網關系統(tǒng)在型號為Virtex-II Pro FF1152的FPGA開發(fā)板上進行了硬件驗證，TDM控制模塊外接型號為Le88221的SLIC(用戶線接口電路)芯片作為語音信源，利用 Chipscope在線掃描TDM控制模塊內部、Wishbone總線和處理器(BC320)寄存器的信號變化，并用示波器對SLIC芯片信號進行捕捉。從觀察的信號來看，所設計的TDM控制模塊能夠與系統(tǒng)的其他IP模塊，尤其是處理器(BC320)和以太網模塊正確有效地協(xié)同工作，模塊的功能達到設計要求。

一種基于嵌入式技術的VoIP網關設計 發(fā)帖心情

Post By：2008-8-20 16:32:00

作為NGN（下一代網絡）中的重要組成部分，VoIP是面向未來、可持續(xù)發(fā)展的語音解決方案，可以為商業(yè)和家庭用戶提供質優(yōu)價廉的IP語音服務。隨著NGN網絡技術的快速發(fā)展，VoIP的通信量也已得到快速增長，并以其低廉的價格優(yōu)勢迅速占有市場。

VoIP語音技術與傳統(tǒng)電話的區(qū)別

VoIP（又稱IP PHONE）是建立在IP技術上的分組化、數(shù)字化語音傳輸技術。其基本原理是：通過語音壓縮算法對語音數(shù)據進行壓縮編碼處理，然后把這些語音數(shù)據按IP等相關協(xié)議進行打包，經過IP網絡把數(shù)據包傳輸?shù)浇邮盏兀侔堰@些語音數(shù)據包串起來,經過解碼解壓處理后,恢復成原來的語音信號，從而達到由IP網絡傳送語音的目的。VoIP系統(tǒng)把傳統(tǒng)電話的模擬信號轉換成計算機可聯(lián)入因特網傳送的IP數(shù)據包,同時也將收到的IP數(shù)據包轉換成聲音的模擬電信號。經過VoIP系統(tǒng)的轉換及壓縮處理，每個普通電話傳輸速率約占用8～11kbit/s帶寬，因此在與普通電信網同樣使用傳輸速率為64kbit/s的帶寬時， VoIP線路數(shù)是原來的5～8倍。同時，IP技術允許多個用戶共用同一帶寬資源，改變了傳統(tǒng)電話由單個用戶獨占一個信道的方式，節(jié)省了用戶使用單獨信道的費用。

VoIP的基本結構由網關（GW）和網守（GK）兩部分構成。網關的主要功能是信令處理、H.323協(xié)議處理、語音編解碼和路由協(xié)議處理等，對外分別提供與PSTN網連接的中繼接口以及與IP網絡連接的接口。網守的主要功能是用戶認證、地址解析、帶寬管理、路由管理、安全管理和區(qū)域管理。VoIP的核心與關鍵設備是VoIP網關。

以下內容只有回復后才可以瀏覽

基于嵌入式技術的VoIP功能實現(xiàn)框圖

1、VoIP實現(xiàn)原理框圖：（如圖1）

圖片點擊可在新窗口打開查看

2、嵌入式系統(tǒng)中VoIP的工作過程：

① 在單個獨立的嵌入式系統(tǒng)內部進行語音通信時，該系統(tǒng)實現(xiàn)功能的過程如下：用戶話音脈沖通過SLIC和CODEC電路產生PCM流，載入語音處理器AC4880XC-C中，通過片內DSP進行語音壓縮、成幀（包括地址等用戶信息及語音信息），AC4880XC-C再將數(shù)據包通過HPI口傳送到主系統(tǒng)，完成交換功能后，認定目的地是本系統(tǒng)的另一個用戶，將處理過的話音數(shù)據包傳給AC4880XC-C，AC4880XC-C進行解壓縮后，以PCM流返回到CODEC部分，根據目的地址信息驅動目的用戶。

② 在嵌入式系統(tǒng)之間進行語音通信時，過程如下：AC4880XC-C將話音數(shù)據包通過HPI口傳給本系統(tǒng)后，本系統(tǒng)的交換功能認定目的地是另一個嵌入式系統(tǒng)的一個用戶，本系統(tǒng)將數(shù)據包重組后，通過I/O端口傳給目的系統(tǒng)，由目的系統(tǒng)自動完成解壓縮，驅動目的用戶的功能。

系統(tǒng)設計實現(xiàn)

硬件設計為以下六塊組成

1、SLIC（用戶線接口電路）部分

采用AMD公司生產的AM79R70PLCC芯片，通過該芯片產生輸入、輸出話音脈沖和鈴音脈沖。

2、CODEC（編解碼）部分

采用AMD公司生產的AM79Q021JC編解碼芯片，通過該芯片產生的PCM流送到語音處理芯片處理。[NextPage]

3、語音處理部分

作為本系統(tǒng)中的核心部分，語音處理采用以色列AudioCodes公司生產的專用多通道語音處理芯片AC4880XC-C。它具有以下特點：

⊙ 支持ITU的G.711、G.723.1、G.726、G.729A等分組語音處理標準；

⊙ 支持回波抵制和抵消、靜音檢測和舒適噪音等提高分組語音處理性能的配套模塊；

⊙ 高質量壞幀插補；

⊙ 支持2.4~14.4 kbps的T.38和FRF.11的功能傳真業(yè)務；

⊙ 支持各種信令，如DTMF等；

⊙ 提供語音、傳真、數(shù)據或信令等PCM高速接口；

⊙ 可選擇或o 律；

⊙ 輸入輸出增益控制；

⊙ 提供同步HPI、PCM、時鐘、存儲器以及I/O和仿真測試接口(如圖2)；

⊙ 144pin，TQFP封裝，1.8V內核電壓，3.3V芯片電壓。

圖片點擊可在新窗口打開查看

4、CPLD部分

AC4880XC-C采用8位并行的主處理器接口HPI接口與主系統(tǒng)進行數(shù)據交換。鑒于嵌入式系統(tǒng)中接口邏輯繁雜，選用CPLD實現(xiàn)接口適配功能。主CPU可通過CPLD控制實現(xiàn)CODEC 和SLIC部分的功能。

5、HPI接口部分

本設計中，嵌入式系統(tǒng)CPU與AC4880XC-C通過HPI接口進行數(shù)據通信，CPU通過AC4880XC-C片內共享的雙口存儲器與其片內DSP實現(xiàn)數(shù)據交互。HPI接口包括1根8位數(shù)據總線和11根控制總線。主系統(tǒng)CPU通過三個寄存器（HPIC、HPIA和HPID）控制AC4880XC-C及訪問片內存儲空間。HPIC為控制寄存器，用來選擇AC4880XC-C的高低字節(jié)順序。HPIA為地址寄存器，用來尋址片內的2K存儲空間。HPID為數(shù)據寄存器，用來緩存每次讀寫的兩個字節(jié)數(shù)據，外部CPU以單個Word或塊數(shù)據訪問HPID。以塊數(shù)據方式訪問時，HPIA寄存器自動累加，可減少外部CPU寫HPIA寄存器的開銷。AC4880XC-C的內部寄存器和存儲器為16位，外部CPU每次訪問AC4880XC-C必須以兩個字節(jié)為基本單位，信號線HI/LO用來選擇高低字節(jié)，信號HRS1、HRS0指示當前訪問的是哪個寄存器。

6、語音接口部分

語音接口提供未壓縮語音、傳真數(shù)據的I/O通道。語音接口對外提供四根信號線PCMIN、PCMOUT、PCMCLK、PCMFS構成PCM總線，直接連接外部CODEC芯片的PCM Highway。PCMIN輸入從CODEC送來的PCM信號，AC4880XC-C內部的DSP按照相應標準壓縮后從HPI口交給主系統(tǒng)CPU 處理。PCMOUT則相反，AC4880XC-C將主系統(tǒng)CPU送來的語音數(shù)據按照合適的標準解壓縮，然后從PCMOUT口送到外部CODEC，CODEC經過數(shù)/模轉換后恢復成語音信號再通過用戶接口送給用戶端。PCMCLK提供2.048MHz的比特同步時鐘，而PCMFS提供8kHz的幀同步時鐘。PCM主時鐘（BCLK）、幀同步時鐘（FS）、接收數(shù)據（DR）和發(fā)送數(shù)據（DX）一起構成PCM Highway信號，與AC4880XC-C進行連接。BCLK與FS分別對應AC4880XC-C的PCMCLK和PCMFS，這兩個時鐘信號都由AC4880XC-C 產生；DR和DX分別對應AC4880XC-C的PCMOUT和PCMIN。PCM Highway信號時序以及時隙與幀同步信號的關系分別如圖3、圖4所示。為了CODEC與DSP芯片間正確收發(fā)數(shù)據，一般選擇CODEC芯片在BCLK的上升沿發(fā)送數(shù)據DX，下降沿采樣數(shù)據DR，而在另一端的AC4880XC-C，則在時鐘下降沿采樣PCMIN，上升沿發(fā)送PCMOUT。

圖片點擊可在新窗口打開查看
[NextPage]

軟件設計部分

該系統(tǒng)軟件主要用于對AC4880XC-C進行控制，實現(xiàn)讀寫等操作。

1、編寫芯片AC4880XC-C的讀寫函數(shù)

主要是基于嵌入式ARM處理器，通過HPI接口實現(xiàn)對AC4880XC-C及相關芯片的讀寫操作。流程圖如圖5所示：

圖片點擊可在新窗口打開查看

2、配置AC4880XC-C內部設置

首先通過處理器對CODEC和CPLD進行配置，并調用AudioCodes 公司提供的初始化內核程序對AC4880XC-C進行復位初始化。復位成功后，寫入內核程序，然后寫入工作程序，最后再將這些程序通過AC4880XC-C的HPI接口寫入到AC4880XC-C，芯片即開始工作。

結語

嵌入式系統(tǒng)作為一種功能強大的軟硬件操作開發(fā)平臺，很適合基于嵌入式ARM處理器的VoIP的開發(fā)。AC4880XC-C是一款功能強大語音處理芯片，本方案利用該芯片作為核心芯片，配以其他功能芯片實現(xiàn)了基于嵌入式技術的VoIP網關。該網關已應用于嵌入式綜合實驗平臺，效果十分理想，在IP電話和多媒體通信領域的應用前景非常廣泛。

VoIP雙模網關的研究與系統(tǒng)設計 發(fā)帖心情

Post By：2008-8-20 16:39:00

近年來隨著寬帶網絡和IP技術的日益發(fā)展，VoIP(Volee over Internet Protoc01)技術的應用越來越廣泛。網關是VoIP網絡中的重要設備，按照應用領域可分為電信級網關和用戶端網關。用戶端網關設備主要應用于小區(qū)和企業(yè)，是連接終端電話和IP網絡的橋梁，主要功能是進行語音編解碼、信令處理、VoIP協(xié)議處理和路由協(xié)議處理等。用戶端網關設備在VoIP網絡中的位置如圖1所示?？梢钥闯?，網關處于用戶電話線路部分的末端、IP網絡部分的起始端。

以下內容只有回復后才可以瀏覽

圖片點擊可在新窗口打開查看

“雙模”是指VoIP和PSTN兩種模式。雙模網關是一種同時連接PSTN網絡和VoIP網絡并能在兩者之間自動切換的用戶端網關設備。雙模網關可以使用 VoIP網絡節(jié)省大量通話成本，還可以在VoIP網絡不可用(斷電或路由不可達)時使用PSTN網絡保障電話線路永遠暢通，而且使用雙模網關不需要對 PBX交換機做任何改動，用戶還可以自由選擇或由網關自動選擇使用VoIP網絡還是PSTN網絡，具有很好的實用性和靈活性。

　　1 VoIP雙模網關的工作原理

　　網關在VoIP網絡中主要起協(xié)議轉換、控制及關守作用，如呼叫控制和呼叫管理等。雙模網關在普通VoIP網關的基礎上增加了VoIP與PSTN之間的切換。雙模網關系統(tǒng)從功能上可分為雙模切換模塊、FXS接口電路模塊、語音處理模塊和軟件控制模塊，其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖片點擊可在新窗口打開查看

外部交換站FXS(Fbreign eXchange Subscdber)接口和外部交換局FXO(Foreign eXchange Office)接口是VoIP網關中非常重要的兩個接口。在傳統(tǒng)的PSTN電話連接中，電話中心局端交換機提供饋電和鈴流，電話本身完成Tip／Ring 電路來請求服務或者應答PSTN上的呼叫。在VoIP電話連接中，F(xiàn)XS電路仿真了電話中心局端交換機的功能，提供饋電和鈴流并檢測環(huán)路電流。而FXO電路相當于仿真了電話機的功能，提供環(huán)路閉合和檢測鈴流。

　　FXS接口電路直接與模擬話機連接，提供撥號音、饋電、鈴流電壓，并能夠檢測話機的摘掛機和環(huán)路閉合，完成模擬信號與數(shù)字信號之間的相互轉換。FXS接口電路包括編解碼器CODEC和用戶線接口電路SLIC(Subscriber Line Interface Circuit)。CODEC包括一個模數(shù)轉換器(ADC)和一個數(shù)模轉換器(DAC)。SLIC電路仿真了PSTN電壓，它必須能夠檢測電話的摘掛機并能產生最高達120V的鈴流電壓。

　　雙模切換模塊主要包括FXO接口電路，它由CODEC和數(shù)據處理陣列DAA(Data Access Arrangement)組成。其中CODEC與FXS電路中的相同；DAA仿真了一部話機，通過提供PSTN的環(huán)路閉合來去除高壓直流分量，只讓 PSTN線上的模擬交流信號通過。網關中使用FXO接口電路可實現(xiàn)以下功能：

　　(1)斷電時線路保持暢通：當網關斷電不能連接VoIP網絡時，將線路切換到PSTN線路上。

　　(2)呼叫重定向：當VoIP網絡由于擁塞或者其他原因而不可用時，能夠將線路切換到PSTN上，而且能記住已撥號碼并進行自動重撥。

　　(3)遠端VoIP呼叫：VoIP用戶可以在其他地方通過PSTN撥入的方式進行VoIP呼叫，F(xiàn)XO接口先把PSTN上的電話撥號音(模擬信號)接收下來，然后轉換成數(shù)字信號送出，相當于將撥號音從一個FXO擴展到多個本地FXS。

　　網關的語音處理模塊負責對PCM數(shù)字語音信號進行壓縮與解壓縮。壓縮算法的標準包括G．711、G．723．1和G．729等，不同的算法壓縮比不一樣，占用的帶寬也不同。壓縮算法可以用硬件DSP實現(xiàn)，也可以用純軟件實現(xiàn)。

　　軟件控制模塊實現(xiàn)網關的協(xié)議棧處理和路由處理等功能。協(xié)議棧負責將壓縮后的數(shù)據流進行封裝，加上IP協(xié)議包頭，形成可在VoIP網絡中傳輸?shù)腎P數(shù)據包。目前VoIP的協(xié)議棧主要基于H．323和SIP兩種標準。協(xié)議棧將數(shù)據流打成IP數(shù)據包后，選擇適當路由經過以太網接口發(fā)送到VoIF網絡中。接收端網關接收到IP數(shù)據包后，將數(shù)據包解壓縮并將解壓縮后的PCM數(shù)字信號解碼，恢復原始語音信號。

　　2 VoIP雙模網關系統(tǒng)設計

　　本節(jié)提出了一種基于H．323的雙模網關的系統(tǒng)設計方案，該方案支持4路話音，使用一種經濟實用的“假FXO接口”方式實現(xiàn)雙模切換，能夠在VoIP通話時檢測到PSTN線上進來的呼叫并可通過按話機的拍簧或者Flash閃斷鍵切換接聽。

　　為了有效利用資源，系統(tǒng)使用三相轉接頭將電話線路與PSTN線路組合到一個RJ11接口上，每路話路使用一個三相轉接頭。三相轉接頭的連接方式如圖3所示。

圖片點擊可在新窗口打開查看

三相轉接頭的使用可簡化雙模切換的實現(xiàn)，也減少了設備的物理端口數(shù)量。

　　系統(tǒng)設計采用“硬件+ 嵌入式操作系統(tǒng)+應用層軟件”的總體架構。

　　2．1 硬件設計方案

　　系統(tǒng)的硬件部分主要包括雙模切換模塊、FXS接口電路、語音處理模塊電路、CPU模塊和以太網模塊，硬件設計原理圖如圖4所示。

圖片點擊可在新窗口打開查看

雙模切換模塊使用了一種“假FXO接口”的方式。電路中用繼電器控制各話路本身的VoIP和PSTN通路之間的雙模切換。繼電器在網關沒有上電時默認將網關置于把話機線與PSTN線對接的狀態(tài)，上電工作后由1片F(xiàn)PGA可編程邏輯芯片來控制繼電器的切換。FPGA芯片是網關實現(xiàn)智能切換的關鍵部件，其中實現(xiàn)的控制邏輯包括PSTN線路上的鈴流檢測、話機拍簧動作檢測等邏輯，并據此控制繼電器進行切換。FPGA與CPU的接口可實現(xiàn)在VoIP網絡路由不可達時切換到PSTN網絡的邏輯。雙模切換模塊實現(xiàn)了FXO接口的部分功能，但不是真正的FXO接口，所以稱之為“假FXO接口”。

　　FXS接口電路模塊主要由SUC芯片和Codee芯片組成，分別選用Legerity公司的Le79R70芯片和Le58Q021芯片。Le58Q021 是4通道的Codec芯片，可以控制SLIC芯片(Le79R70)的工作狀態(tài)，選擇編碼
方案(線性、a律、μ律)，還支持軟件可編程SLIC的輸入阻抗、平衡阻抗和頻率響應特性等。系統(tǒng)使用1片Le58Q021和4片Le79R70協(xié)同工作支持4路話音，向話機提供饋電，產生振鈴信號、檢測話機摘掛機等，并負責完成電話模擬信號與PCM數(shù)字信號的相互轉換。

　　語音處理DSP芯片選用AudioCodes公司的AC483，它能同時支持4通道語音編解碼器，支持G．729A、G．723．1、G．727、G．726、G．711等壓縮算法標準，可完成實時的語音壓縮、DTMF信號的檢測、產生和回音消除等工作。

　　系統(tǒng)CPU芯片選用Samsung公司ARM7TDMI系列的S3C4510B，其工作頻率為50NHz，片內集成了豐富的通用模塊，含有支持 10M／100M自適應的以太網控制器，可以直接通過PHY芯片引出以太網接口。以太網PHY芯片選用Intel公司的LXT972A芯片，它具有 1OM／100M自適應收發(fā)功能，支持全雙工操作。此外，系統(tǒng)還使用了2MB Flash、16MB SDRAM和512KB SRAM作為存儲器。

　　2．2 軟件設計方案

　　軟件部分主要由嵌入式操作系統(tǒng)和應用層軟件組成，完成協(xié)議棧處理、路由處理和其他控制功能，軟件方案層次結構如圖5所示。

圖片點擊可在新窗口打開查看

嵌入式操作系統(tǒng)采用μCLinux。μCLinux是一種針對無內存管理單元的處理器定制的嵌入式操作系統(tǒng)，具有豐富的網絡功能、源代碼公開、內棱可剪裁和易于移植等特點。根據硬件平臺的特點，還需要開發(fā)適應硬件平臺的驅動程序，包括Bootloader、串口驅動和以太網驅動。其中Boofloader 是移植uCLinux操作系統(tǒng)的關鍵，系統(tǒng)上電時，Bootloader負責進行硬件初始化、中斷的處理和硬件時鐘管理等工作，并加載操作系統(tǒng)映象到內存。為方便系統(tǒng)網絡升級，Bootloader可實現(xiàn)TFTP網絡功能。串口和以太網口驅動程序相對比較簡單，實現(xiàn)數(shù)據的正確收發(fā)即可。

　　應用層的軟件主要由H．323協(xié)議棧處理模塊、路由處理模塊和DSP控制模塊組成。H．323協(xié)議棧負責呼叫控制和信令、音頻處理和媒體實時傳輸?shù)裙δ?。系統(tǒng)采用比較成熟的開放源代碼的OpenH323協(xié)議棧作為參考，應用層上的功能模塊都是基于該協(xié)議棧開發(fā)的。路由尋址模塊主要負責路由尋址和路由管理，確定目的網關的IP地址，并選擇最佳路由將IP數(shù)據包經過IP網絡傳送到目的網關。DSP控制模塊主要是在應用程序中根據通話流程編寫相應的控制程序控制 DSP芯片AC483的行為。網管模塊提供了Web網管和CLI命令行界面，很容易對雙模網關配置和維護。

　　3 應用方案

　　系統(tǒng)作為用戶端網關設備，可廣泛應用于小區(qū)和企業(yè)。對于用戶數(shù)量比較少的小區(qū)，可以將話機直接與網關連接，如圖6所示。對于用戶量相對較多的企業(yè)，可以與PBX交換機連接，如圖7所示。

圖片點擊可在新窗口打開查看

該系統(tǒng)基于H．323協(xié)議棧設計。目前該系統(tǒng)基本功能已實現(xiàn)，能與其他網關設備互通，并能與運營商的Gatekeeper互通。在該設計的基礎上，可以通過選用處理能力更強的芯片來支持更多話路，可以增加SIP協(xié)議棧以支持雙協(xié)議棧架構，還可以實現(xiàn)真的FXO接口電路以支持遠端VoIP呼叫，這些都是系統(tǒng)未來可以改進的地方。