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倚重高性能IP电话语音终端硬件设计

2008-05-20来源: 微计算机信息 关键字:IP电话  语音处理  模块  终端系统  数据总线宽度  语音信号处理  最高采样率  内核

  摘要:本文基于Motorola和TI的TMS320C5402数字信号处理器设计了一种在以太网中进行IP电话通信的高性能IP电话语音终端系统硬件平台。解决了常规只用数字信号处理器的通信处理能力不高的问题。

  1 概述

  IP电话是一种利用Internet或者基于其它IP网络(如Intranet、帧中继、或ATM)作为传输载体实现普通电话与普通电话、PC与PC、PC与普通电话之间语音通信的技术。因此IP电话又称为网络电话(Internet电话),或VoIP(Voice over IP)。IP电话不同于传统电话,它采用的是分组交换技术,在网络上传送的是数据包,而不是语音信号,所以,要把语音信号量化后进行编码、压缩、打包(分组),使其变为数据流,传送到对方后再进行反变换,最终还原为语音信号。由于IP电话采用了分组交换和统计复用技术,实现了语音、数据的综合传输,使整个网络的运营成本大幅度降低,从而使得用户承受的通信费用大大减少。 采用先进的数字信号处理技术,可以将原64kb的语音信号压缩成8kb或更低码速率的数据流,能够在同一条线路上传输比采用模拟技术更多的信息。以往的IP电话终端采用DSP作为主要处理器,这种系统对语音信号处理还行,但是通信能力较弱。正是因为如此,本文基于Motorola和TI的TMS320C5402数字信号处理器设计了一种IP电话语音终端系统,旨在实现在以太网中的IP电话通信。

  2 系统总体结构图

  MPC860微处理器是摩托罗拉推出的Power QUICC家族成员之一,是一个多用途的通讯处理器芯片。它采用嵌入式处理器内核(embedded Power PC core)和通讯处理器模块(CPM)的双处理器结构。嵌入的Power PC内核,负责通用的工作,CPM分担嵌入式Power PC核的外围工作任务,主要进行通信业务。这种双处理器体系结构功耗要低于传统的体系结构的处理器。TMS320C5402是德州仪器公司生产的低功耗高性能的专用定点DSP芯片,其片内有RAM 16kb,ROM 4kb,运算速度比普通处理器快很多,非常适合于对实时性要求较高的数字信号处理。

  在本系统中,对通信能力和数字信号处理要求较高。TI的DSP以其强大的数字信号功能在数字信号处理方面得到广泛应用,但是其通信能力却较弱。MPC860强大功能在于它的通信处理能力,正好弥补了TMS320C5402的不足。正是基于MPC860 和TMS320C5402各自特长,经过分析,给出如下IP电话终端系统硬件方案:

  

  

  整个系统主要分为主控模块、控制显示模块和语音采样和播放模块组成。主控模块由MPC860构成,实现对整个系统的核心控制;语音处理模块由TMS320C5402数字信号处理器构成,是整个系统的语音信号处理核心;网络控制模块由LXT905构成,完成整个系统和以太网的通信;语音采样和播放模块主要由TLC320AD545构成,负责系统语音信号的采样转换和最后的语音播放。其中MPC860和TMS320C5402是整个系统的核心部分,完成整个系统的控制和语音信号的处理。

  3 主控模块和语音处理模块的设计

  主控模块的MPC860是Motorola专为通信应用而设计的处理器,在本系统中完成系统的网络协议、信令交互、呼叫处理等通信功能,是整个系统的呼叫控制核心。语音处理模块的TMS320C5402是IT公司专为数字信号处理而设计的,在本系统中完成语音信号的编解码、压缩等功能,是整个系统的语音信号处理核心单元。

  在系统中,主控模块的MPC860和语音处理模块的TMS320C5402采用主从连接。MPC860作为主机,TMS320C5402作为从机,两者通过HIP接口进行通信,连接简单。这样即发挥了MPC860的通信控制,又发挥TMS320C5402的数字信号处理优点。

  在系统的语音处理过程中需要一定的存储空间,由TMS320C5402数字信号处理器只有16k的片上存储空间无法满足语音处理过程的要求,因此需要进行存储器的扩展。TMS320C5402带有内存扩充,MPC860的内存控制器就附带有8个内存槽。因此在本系统中,对于存储器的扩展,可以在TMS320C5402进行,也可以在MPC860进行。在本系统中为保持MPC860对整个系统的更好的控制和功能紧凑,这里在MPC860上进行扩展。经过分析比较,决定使用1片4MBFlash E2PROM和2片16MBSDRAM。其中,Flash E2PROM采用Intel公司的28F320B3,占用BANKO,对应于/CS0片选信号,内存管理机制选择GPCM(通用片机选择机制),数据总线宽度为32位,SDRAM采用SAMSUNG公司的K45281632B。占用BANKI,对应于/CS1片选信号,内存管理机制选择UPMA(用户可编程机制),2片SDRAM并行使用,数据总线宽度为32—bit。如图2 所示。

  

  

  4 网络控制模块设计

  网络控制模块以Intel公司生产的LXT905通用10BASE—T收发器为核心,再通过232467SM变压器提供到附近单元接口AUI或10BASE—T双绞线的直接连接。完成系统与以太网的通信,包括:Manchester编解码、接收抑制和发送脉冲整形、链路完整性测试、10BASE—T极性翻转检测与纠正等功能。

  在MPC860中有4个串行通信控制器SCC,可单独配置执行不同协议,实现如桥接、路由、网关功能等,提供到WAN、LAN和专用网络的接口。设置通用SCC模式寄存器GSMR[MODE]=ob1100,可以选择Ethernet。SCC将执行Ethernet/IEEE802.3所有CSMA/CD的介质访问控制MAC和为信道提供接口的功能。由于我们设计的IP电话终端系统主要用在以太网中,进行通信,故这里将SCC定义为Ethernet模式。

  

  

  图3是MPC860到Ethernet的信号连接方法。在MPC860和Ethernet控制器外部还需要一个串行接口适配器SIA(RJ—45)和收发器完成到介质的接口。

  MPC860内核配置SCC为Ethernet控制器工作,除了设置通用SCC模式寄存器之外,还需要将GSMR的其它域设定为特定值。如数据同步寄存器DSR用来指定帧的同步图样,在Ethernet模式需要设置DSR[SYN1]=ox55,DSR[SYN2]=oxDE。收发错误信息将记录在SCC Ethernet接收缓存描述符RxBD和SCC Ethernet 发送缓冲寄存器TxBD中。

  5 其它模块设计

  语音采样和播放模块的核心是TLC320AD545,它是美国TI公司生产的高度音频编解码器。语音采样模块由一个编解码器TLC320AD545、模拟电路和一个串口组成,同时它还包括话筒、放大电路、扬声器驱动电路。如图所示:

  

  

  TLC320AD545的主要功能指标:最高采样率11.025Hz,16bit采样,80db动态范围,8欧姆AT41差分扬声驱动。A/D通道与话筒完成语音的数字化,D/A与扬声器相连将收到的数字化语音转化成模拟语音播放出来。串口与TMS320C5402的串口相连完成数据传输。控制显示模块主要实现系统LCD显示。

  6 结束语

  本文基于Motorola的MPC860和TI的TMS320C5402数字信号处理器设计了一种在以太网中的进行IP电话通信的高性能IP电话语音终端系统。解决了常规只用数字信号处理器的通信处理能力不高的问题,对当今IP电话发展有一定的意义。

  参考文献

  JeanWalrand,Pravin Varaiya(美)著,高性能通信网络 电子工业出版社 2000

  赵慧玲,梁勇等编著 分组语音技术与网络实现方案 人民邮电出版社 2001

  巴继东,杨九民编著, IP与光互联网 北京邮电大学出版社 2002

  余燕平,李式巨编著, 信息交换与通信网 浙江大学出版社 2002

关键字:IP电话  语音处理  模块  终端系统  数据总线宽度  语音信号处理  最高采样率  内核

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2008/0520/article_986.html
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