VoIP語(yǔ)音卡在路由器中的應(yīng)用及硬件設(shè)計(jì)

摘要：介紹了VoIP語(yǔ)音卡在路由器中的應(yīng)用，詳細(xì)描述了一款應(yīng)用于路由器的語(yǔ)音卡的硬件結(jié)構(gòu)及其工作方式。
　　關(guān)鍵詞：VoIPPCIFXS路由器語(yǔ)音壓縮
　　
　�。保郑铮桑性诼酚善髦械膽�(yīng)用
　　
　　近年來(lái)，ＶｏＩＰ（ＶｏｉｃｅｏｖｅｒＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）給通信市場(chǎng)帶來(lái)了強(qiáng)大的沖擊。ＩＰ語(yǔ)音業(yè)務(wù)推出后，由于其在通話(huà)費(fèi)用上比傳統(tǒng)電話(huà)具有突出的優(yōu)勢(shì)，因而受到了廣泛歡迎。ＶｏＩＰ技術(shù)在路由器中應(yīng)用，可以大大節(jié)省有多個(gè)部門(mén)在不同地方辦公的企業(yè)或機(jī)構(gòu)的電話(huà)費(fèi)用。圖１為一個(gè)ＶｏＩＰ路由器在公安分局與派出所間應(yīng)用的方案。
　　
　　派出所網(wǎng)點(diǎn)的路由器ＤＣＲ－２５０１Ｖ和ＤＣＲ－２５０９Ｖ使用ＦＲ（幀中繼）或ＤＤＮ線(xiàn)路同分局的ＤＣＲ－３６６０實(shí)現(xiàn)互連，各網(wǎng)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)可通過(guò)路由器連接分局的局域網(wǎng)或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；同時(shí)，ＤＣＲ－２５０１Ｖ或ＤＣＲ－２５０９Ｖ通過(guò)ＦＸＳ語(yǔ)音端口連接普通電話(huà)機(jī)，分局路由器通過(guò)Ｅ＆Ｍ接口和ＰＢＸ連接，這樣既可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部各部門(mén)間的數(shù)據(jù)通信，同時(shí)還可進(jìn)行零費(fèi)用的語(yǔ)音通話(huà)。
　　
　�。郑铮桑性谫M(fèi)用上呈現(xiàn)巨大優(yōu)勢(shì)的原因在于其利用了計(jì)算機(jī)通訊的分組化、數(shù)字化傳輸技術(shù)，先對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)按照一定的語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些數(shù)據(jù)按ＩＰ相關(guān)協(xié)議打包，再將數(shù)據(jù)包通過(guò)ＩＰ網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮斩耍�接收端將這些以不同順序到達(dá)的數(shù)據(jù)包按其本身順序串起來(lái)，并經(jīng)過(guò)解碼解壓恢復(fù)出原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)。與傳統(tǒng)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)相比，ＶｏＩＰ在時(shí)間延遲、話(huà)音質(zhì)量等方面存在缺陷�？梢圆捎靡恍┫冗M(jìn)的協(xié)議如資源預(yù)留協(xié)議（ＲＳＶＰ）和不同類(lèi)型服務(wù)（Ｄｉｆｆｓｅｒｖ）等方案來(lái)盡可能的優(yōu)化語(yǔ)音數(shù)據(jù)包的傳輸，以減少傳輸延遲和擁塞。
　　
　　目前，ＶｏＩＰ的標(biāo)準(zhǔn)主要有國(guó)際電信聯(lián)盟技術(shù)部（ＩＴＵ－Ｔ）建議的Ｈ．３２３系統(tǒng)和ＩＥＴＦ建議的會(huì)話(huà)發(fā)起協(xié)議（ＳｅｓｓｉｏｎＩｎｉｔｉａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ，ＳＩＰ）系統(tǒng)兩種。前者主要在電信網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)制訂，技術(shù)已趨成熟。后者基于動(dòng)態(tài)的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ模式建網(wǎng)，是基于軟交換技術(shù)的面向網(wǎng)絡(luò)會(huì)議和電話(huà)的簡(jiǎn)單信令協(xié)議。在我國(guó)，主要選用Ｈ．３２３技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)ＶｏＩＰ，在Ｈ．３２３系列標(biāo)準(zhǔn)中，音頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)有Ｇ．７１１、Ｇ．７２２、Ｇ．７２３和Ｇ７２９等。
　　
　　本文將介紹一種已經(jīng)應(yīng)用于路由器產(chǎn)品中的ＶｏＩＰ語(yǔ)音卡的硬件設(shè)計(jì)和工作原理。
　　
　�。玻郑铮桑姓Z(yǔ)音卡硬件結(jié)構(gòu)
　　
　　該語(yǔ)音卡基于ＡｕｄｉｏＣｏｄｅｓ公司的ＶｏＰＰ（ＶｏｉｃｅＯｖｅｒＰａｃｋｅｔＰｒｏｃｅｓｓｏｒ，即語(yǔ)音包處理器）ＡＣ４８３０２設(shè)計(jì)，采用ＰＣＩ接口界面，可提供兩個(gè)ＦＸＳ（ＦｏｒｅｉｇｎＥｘｃｈａｎｇｅＳｔａｔｉｏｎ）語(yǔ)音／傳真接口，可以方便靈活地應(yīng)用于本公司開(kāi)發(fā)的系列路由器中，實(shí)現(xiàn)ＶｏＩＰ功能。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示，以下介紹各部分硬件的原理和作用。
　　
　�。玻�１ＰＣＩ接口
　　
　　路由器主板與語(yǔ)音卡之間通過(guò)ＰＣＩ總線(xiàn)連接，便于通用。采用了ＰＣＩ接口芯片ＰＬＸ９０３０實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音卡本地總線(xiàn)（ＨＰＩ）與ＰＣＩ總線(xiàn)之間的轉(zhuǎn)換。由于語(yǔ)音卡上數(shù)據(jù)流量不大，不需要利用如ＤＭＡ方式主動(dòng)向路由器主板上的Ｍｅｍｏｒｙ空間傳遞數(shù)據(jù)。因此，語(yǔ)音卡工作于ＰＣＩ的從模式方式，ＡＣ４８３０２通過(guò)中斷方式接收或發(fā)送語(yǔ)音數(shù)據(jù)，ＰＣＩ總線(xiàn)的數(shù)據(jù)寬度和速度為３２位／３３ＭＨｚ。
　　
　�。玻�２ＣＰＬＤ部分
　　
　　ＡＣ４８３０２采用８位并行的主處理器接口ＨＰＩ與外部ＣＰＵ（即路由器ＣＰＵ）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在本設(shè)計(jì)中，ＨＰＩ接口與ＰＬＸ９０３０的本地總線(xiàn)接口時(shí)序稍有差別，經(jīng)過(guò)ＣＰＬＤ進(jìn)行調(diào)整。另外，路由器ＣＰＵ還可通過(guò)ＣＰＬＤ控制ＣＯＤＥＣ和ＳＬＩＣ芯片。
　　
　�。玻�３ＡＣ４８３０２芯片
　　
　�。粒茫矗福常埃彩牵粒酰洌椋铮茫铮洌澹蠊�司推出的一款低功耗、低價(jià)格的雙通道語(yǔ)音包處理器，其內(nèi)部集成了一個(gè)ＤＳＰ內(nèi)核。該芯片的主要特性如下：
　　
　　·支持兩個(gè)通道的語(yǔ)音壓縮編碼，語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)包括Ｇ．７２９Ａ、Ｇ．７２３．１、Ｇ．７２７、Ｇ．７２６、Ｇ．７１１。
　　
　　·兼容Ｔ．３８或ＦＲＦ．１１傳真中繼（２．４～１４．４ｋｂｐｓ）。
　　
　　
　　
　　
　　·呼叫ＩＤ產(chǎn)生和檢測(cè)，呼叫進(jìn)程和用戶(hù)定義語(yǔ)音的檢測(cè)和產(chǎn)生。
　　
　　·兼容Ｇ．１６８的２５ｍｓ回聲消除。
　　
　　·高性能的有效語(yǔ)音檢測(cè)（ＶＡＤ）和舒適噪聲產(chǎn)生（ＣＮＧ）。
　　
　　·ＤＴＭＦ檢測(cè)和產(chǎn)生。
　　
　　·Ａ律／μ律可選的Ｃｏｄｅｃ接口，具有輸入輸出增益控制。
　　
　　·ＰＣＭＨｉｇｈｗａｙ接口。
　　
　　·并行的主處理器接口（ＨＰＩ）。
　　
　　ＡＣ４８３０２各部分硬件接口如圖３所示。
　　
　　圖4AC48302HPI存儲(chǔ)器的映射關(guān)系
　　
　　２．３．１語(yǔ)音接口（ＶｏｉｃｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ）
　　
　　語(yǔ)音接口提供未壓縮的語(yǔ)音、傳真數(shù)據(jù)的輸入輸出通道。語(yǔ)音接口對(duì)外提供四根信號(hào)線(xiàn)構(gòu)成ＰＣＭ總線(xiàn)，直接連接外部ＣＯＤＥＣ芯片的ＰＣＭＨｉｇｈｗａｙ。這四根信號(hào)線(xiàn)為ＰＣＭＩＮ、ＰＣＭＯＵＴ、ＰＣＭＣＬＫ、ＰＣＭＦＳ。ＰＣＭＩＮ輸入從ＣＯＤＥＣ送來(lái)的ＰＣＭ信號(hào)，ＡＣ４８３０２內(nèi)部的ＤＳＰ按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（如Ｇ．７２９）壓縮后從ＨＰＩ口交給路由器ＣＰＵ轉(zhuǎn)發(fā)。ＰＣＭＯＵＴ則相反，ＡＣ４８３０２將路由器ＣＰＵ送來(lái)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)按照合適的標(biāo)準(zhǔn)解壓縮，然后從ＰＣＭＯＵＴ口送到外部ＣＯＤＥＣ，ＣＯＤＥＣ經(jīng)過(guò)數(shù)／模轉(zhuǎn)換后恢復(fù)成語(yǔ)音信號(hào)?熏通過(guò)用戶(hù)接口送給用戶(hù)端。ＰＣＭＣＬＫ提供２．０４８ＭＨｚ的比特同步時(shí)鐘，而ＰＣＭＦＳ提供８ｋＨｚ的幀同步時(shí)鐘。
　　
　�。玻�３．２ＨＰＩ接口
　　
　　在本設(shè)計(jì)中，路由器ＣＰＵ與ＡＣ４８３０２通過(guò)ＨＰＩ口進(jìn)行通信。路由器ＣＰＵ和ＤＳＰ通過(guò)ＡＣ４８３０２的片內(nèi)共享的雙口存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。片內(nèi)共享存儲(chǔ)器的映射關(guān)系見(jiàn)圖４。
　　
　�。龋校山涌诎�括１根８位數(shù)據(jù)總線(xiàn)和幾根控制總線(xiàn)。路由器ＣＰＵ通過(guò)三個(gè)寄存器（ＨＰＩＣ、ＨＰＩＡ和ＨＰＩＤ）控制ＡＣ４８３０２及訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi)存儲(chǔ)空間。ＨＰＩＣ為控制寄存器，用來(lái)選擇ＡＣ４８３０２的高低字節(jié)順序、產(chǎn)生和接收中斷。ＨＰＩＡ為地址寄存器，用來(lái)尋址片內(nèi)的２Ｋ存儲(chǔ)空間。ＨＰＩＤ為數(shù)據(jù)寄存器，用來(lái)緩存每次讀寫(xiě)的兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，外部ＣＰＵ可以單個(gè)Ｗｏｒｄ或塊數(shù)據(jù)方式訪(fǎng)問(wèn)ＨＰＩＤ，當(dāng)以塊數(shù)據(jù)方式訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，ＨＰＩＡ寄存器自動(dòng)累加，這樣可以減少外部ＣＰＵ寫(xiě)ＨＰＩＡ寄存器的開(kāi)銷(xiāo)。ＡＣ４８３０２的內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)器為１６位寬度，因此外部ＣＰＵ每次訪(fǎng)問(wèn)ＡＣ４８３０２必須以?xún)蓚�(gè)字節(jié)為基本單位，信號(hào)線(xiàn)ＨＩ／ＬＯ用來(lái)選擇高低字節(jié)，信號(hào)ＨＲＳ１、ＨＲＳ０指示當(dāng)前訪(fǎng)問(wèn)的是哪個(gè)寄存器。
　　
　　除了以上兩個(gè)重要的接口外，ＡＣ４８３０２內(nèi)部還包含一個(gè)ＰＣＭ時(shí)鐘發(fā)生器、一個(gè)用于測(cè)試的ＪＴＡＧ接口以及一個(gè)用于訪(fǎng)問(wèn)外部ＳＲＡＭ及處理信道輔助信令的Ｍｅｍｏｒｙ＆Ｉ／Ｏ接口。
　　
　　２．４ＣＯＤＥＣ接口芯片
　　
　�。茫希模牛眯酒�負(fù)責(zé)對(duì)ＤＳＰ解壓縮后送來(lái)的ＰＣＭ數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并將濾波后的模擬語(yǔ)音信號(hào)送到用戶(hù)線(xiàn)接口芯片ＳＬＩＣ，ＳＬＩＣ對(duì)其進(jìn)行２－４線(xiàn)轉(zhuǎn)換后送給用戶(hù)端；同時(shí)，ＣＯＤＥＣ還負(fù)責(zé)將ＳＬＩＣ送來(lái)的模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行ＰＣＭ編碼，然后送到ＤＳＰ芯片進(jìn)行壓縮處理。
　　
　　本設(shè)計(jì)中，ＣＯＤＥＣ芯片采用ＩＤＴ公司的４通道ＰＣＭ編解碼芯片ＩＤＴ８２１０３４。該芯片具有可編程增益設(shè)置、主時(shí)鐘可選（２．０４８ＭＨｚ、４．０９６ＭＨｚ和８．１９２ＭＨｚ）、最大可支持１２８?jìng)�(gè)可編程時(shí)隙、Ａ律／μ律可選、內(nèi)置數(shù)字濾波器、串行控制接口、低功耗等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中選用主時(shí)鐘為２．０４８ＭＨｚ（Ｅ１幀模式），可劃分為３２個(gè)相等的時(shí)隙（Ｓｌｏｔ０～Ｓｌｏｔ３１），４個(gè)通道的接收和發(fā)送時(shí)隙可通過(guò)向串行控制口寫(xiě)入控制字進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇。各時(shí)隙的位置都以８ｋＨｚ的幀同步時(shí)鐘信號(hào)為參考，在ＩＤＴ８２１０３４中，時(shí)隙０相對(duì)幀同步脈沖的位置有延遲模式和非延遲模式（圖６即為非延遲模式）。
　　
　�。校茫椭鲿r(shí)鐘（ＢＣＬＫ）、幀同步時(shí)鐘（ＦＳ）、接收數(shù)據(jù)（ＤＲ）和發(fā)送數(shù)據(jù)（ＤＸ）一起構(gòu)成ＰＣＭＨｉｇｈｗａｙ信號(hào)，與ＡＣ４８３０２進(jìn)行連接。ＢＣＬＫ與ＦＳ分別對(duì)應(yīng)ＡＣ４８３０２的ＰＣＭＣＬＫ和ＰＣＭＦＳ，這兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)都由ＡＣ４８３０２產(chǎn)生；ＤＲ和ＤＸ分別對(duì)應(yīng)ＡＣ４８３０２的ＰＣＭＯＵＴ和ＰＣＭＩＮ。ＰＣＭＨｉｇｈｗａｙ信號(hào)時(shí)序以及時(shí)隙與幀同步信號(hào)的關(guān)系分別如圖５、圖６所示。為了ＣＯＤＥＣ與ＤＳＰ芯片間正確收發(fā)數(shù)據(jù)，一般選擇ＣＯＤＥＣ芯片在ＢＣＬＫ的上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)ＤＸ，下降沿采樣數(shù)據(jù)ＤＲ，而在另一端的ＡＣ４８３０２，則在時(shí)鐘下降沿采樣ＰＣＭＩＮ，上升沿發(fā)送ＰＣＭＯＵＴ。
　　
　�。玻�５用戶(hù)線(xiàn)接口（ＳＬＩＣ）芯片
　　
　　設(shè)計(jì)中為了使語(yǔ)音卡能夠提供ＦＸＳ接口功能，采用了愛(ài)立信公司的新型ＳＬＩＣ芯片ＰＢＬ８３７１０連接用戶(hù)接口。在該芯片內(nèi)部能夠產(chǎn)生高電壓鈴流信號(hào)及提供自動(dòng)電池饋電切換，具有環(huán)流振鈴和地鍵檢測(cè)功能及２－４線(xiàn)轉(zhuǎn)換功能。該芯片將許多傳統(tǒng)的振鈴繼電器、鈴流發(fā)生器等器件集成在一個(gè)片內(nèi)，節(jié)省了印制板空間和成本。
　　
　　３ＶｏＩＰ語(yǔ)音卡硬件驅(qū)動(dòng)流程
　　
　　硬件驅(qū)動(dòng)程序主要完成以下功能：
　　
　�。ǎ保┏跏蓟�ＰＬＸ９０３
　　
　　
　　
　　０芯片，配置相關(guān)寄存器，選擇本地總線(xiàn)工作方式。
　　
　　（２）初始化ＡＣ４８３０２芯片，啟動(dòng)ＡＣ４８３０２內(nèi)部的ＤＳＰ內(nèi)核到正常工作狀態(tài)。ＡＣ４８３０２的啟動(dòng)步驟按順序分為以下幾步：核代碼（Ｋｅｒｎｅｌ）下載；程序代碼（Ｐｒｏｇｒａｍ）下載；初始化模式；啟動(dòng)運(yùn)行。
　　
　�。ǎ常�驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音卡的正常操作。接收處理摘掛機(jī)中斷，將ＳＬＩＣ置于正確狀態(tài)；配置ＣＯＤＥＣ芯片的各通道收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)隙以及ＣＯＤＥＣ芯片的增益控制；接收處理ＡＣ４８３０２數(shù)據(jù)包處理中斷，ＡＣ４８３０２每處理完一個(gè)語(yǔ)音數(shù)據(jù)包就通過(guò)中斷方式通知路由器ＣＰＵ讀取當(dāng)前Ｂｕｆｆｅｒ中的數(shù)據(jù)或向Ｂｕｆｆｅｒ?qū)懭胂乱粋�(gè)數(shù)據(jù)包。
　　
　　本文采用的是ＦＸＳ接口，只要對(duì)ＣＯＤＥＣ后面部分電路稍加改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)ＦＸＯ或Ｅ＆Ｍ接口功能。目前，該語(yǔ)音卡方案在路由器產(chǎn)品中已獲廣泛采用。
　　
　　
　　
　　

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