基于AC488C02的FXS語音網(wǎng)關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于AC488C02的FXS語音網(wǎng)關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用摘要:由于IP電話成本和價(jià)格優(yōu)勢,越來越多的電話業(yè)務(wù)從PSTN轉(zhuǎn)移到Internet。本文提出一種基于AC488C02的FXS語音網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法,此方法能夠確保電話業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量,電話業(yè)務(wù)接口的技術(shù)性能指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范要求;同時(shí)闡述了基于AC488C02的語音網(wǎng)關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)方法;電話接口的性能測試結(jié)果表明,所提出的方案在因特網(wǎng)運(yùn)行良好。關(guān)鍵詞:VoIP;FXS語音網(wǎng)關(guān);H.323近幾年,Internet在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和迅速發(fā)展,使得各行各業(yè)都在關(guān)注著具有電信業(yè)務(wù)的IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的巨大市場。鑒于在傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)中所花費(fèi)的高昂業(yè)務(wù)費(fèi)用,特別是大型跨國公司在每年的開銷中,國際長途費(fèi)用占據(jù)很高的份額,于是人們想到利用低廉的數(shù)據(jù)網(wǎng)來傳送話音,也就是在IP網(wǎng)上通過TCP/IP協(xié)議來實(shí)時(shí)傳送語音信息(VoIP),即IP電話。在傳統(tǒng)電話網(wǎng)與基于Internet的IP電話聯(lián)系中起重要作用的有E1數(shù)字中繼,FXO和FXS,這就是我們常說的VoIP語音網(wǎng)關(guān)。其中E1數(shù)字中繼提供Internet與PSTN的數(shù)字線接口,FXO提供Internet與PSTN的模擬線接口,,而FXS提供普通電話機(jī)與Internet接口。一般IP側(cè)采用H.323、SIP、MGCP等作為VoIP協(xié)議,PSTN側(cè)采用SS7、中國1號(hào)、或V5.2協(xié)議作為PSTN接入信令。

根據(jù)表中所列的當(dāng)前主要幾種FXS語音網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)方案,選擇AC488C02為VoIP的處理器開發(fā)周期短,性價(jià)比,而且AudioCode公司的VoIP處理器的市場占有率達(dá)60%以上。本文主要介紹基于AC488C02的使用H.323協(xié)議的VoIP語音網(wǎng)關(guān)中的FXS。1VoI語音網(wǎng)關(guān)技術(shù)的應(yīng)用通常VoIP語音網(wǎng)關(guān)重要的有E1數(shù)字中繼,FXO和FXS三種。如圖1所示。其中E1數(shù)字中繼通過E1線與PSTN的程控交換機(jī)相連,E1數(shù)字中繼包括信令網(wǎng)關(guān)(SG),媒體網(wǎng)關(guān)(MG)和媒體網(wǎng)關(guān)控制(MGC)三部分組成,其中的SG和MG完成PSTN側(cè)的中國1號(hào)信令、SS7或V5.2協(xié)議與IP側(cè)H.323,SIP或MGCP協(xié)議的互通,實(shí)現(xiàn)PCM信號(hào)和IP包的相互轉(zhuǎn)化,MGC主要完成整個(gè)工作的各種控制協(xié)調(diào)工作;FXO完成模擬語音信號(hào)的接入,并封裝成IP包在Internet上傳送;FXS完成語音IP包的編碼和解碼工作,以及語音的A/D和D/A轉(zhuǎn)換,同時(shí)也完成摘機(jī)掛機(jī)檢測,鈴流驅(qū)動(dòng),活動(dòng)語音檢測(VAD),自動(dòng)增益控制(AGC),舒適噪聲生成(CNG)等工作。2VoIP的FXS語音網(wǎng)關(guān)的基本硬件設(shè)計(jì)2.1硬件原理該FXS語音網(wǎng)關(guān)方案方案基于Micrel公司ARM922T處理器KS8695P,AudioCode公司的VoIP專用DSP處理器AC488C02。KS8695P實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理,AC488C02實(shí)現(xiàn)2路話音壓縮和解壓縮處理。KS8695P內(nèi)嵌1個(gè)5口的以太網(wǎng)SWITCH,用1個(gè)以太網(wǎng)端口作WAN口接到城域網(wǎng)或廣域網(wǎng),另外用2個(gè)以太網(wǎng)端口實(shí)現(xiàn)LAN接口,UART通過TTL/RS-232轉(zhuǎn)換芯片接到一個(gè)RJ45做串口調(diào)試口;KS8695P與AC488C02的通訊通過AC488C02的HPI總線掛在KS8695P的存儲(chǔ)器總線上實(shí)現(xiàn),AC488C02接兩路的CODEC,實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換,再通過兩個(gè)SLIC接兩個(gè)POTS電話接口RJ11。2.2FXS語音網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)本FXS語音網(wǎng)關(guān)硬件主要包括幾個(gè)部分:KS8695PARM子系統(tǒng)模塊,AC488C02DSP模塊,用戶電路模塊等。2.2.1網(wǎng)絡(luò)處理器模塊網(wǎng)絡(luò)處理器實(shí)現(xiàn)ONT的上層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在各接口之間的轉(zhuǎn)發(fā)。本模塊包含ARM的系統(tǒng):KS8695P處理器、BOOTROM、SDRAM、FLASH。主要完成報(bào)文的封裝、控制報(bào)文的處理功能。本模塊的BOOTROM為512kbyt,SDRAM為16Mbyt,FLASH為8Mbyt。ARM處理器采用Micrel公司的KS8695P,工作頻率166MHz。BOOTROM采用Atmel的AT49LV040。KS8695P的SDRAM內(nèi)存空間為16Mbyt,選擇2片64Mbit的SDRAM采用Samsung公司芯片K4S641632F。FLASH選擇Fujitsu的芯片MBM29LV320TE。KS8695P內(nèi)嵌1個(gè)5口交換引擎,用其中1個(gè)口實(shí)現(xiàn)WAN接口,另外2口實(shí)現(xiàn)2個(gè)LAN口。通過地址、數(shù)據(jù)總線與DSP模塊的HPI口相連,同時(shí)用KS8695P的通用IO信號(hào)對用戶接口電路進(jìn)行配置控制。本模塊對外出一個(gè)調(diào)試串口。2.2.2DSP模塊本模塊采用AudioCodes的AC48802CE3-C芯片,1片處理2路通道,FXS實(shí)現(xiàn)2通道的VoIP。DSP與KS8695P的接口為8bitHPI總線,DSP的HPI掛在KS8695P的存儲(chǔ)器總線上。DSP外掛128Kbyt的SRAM,SRAM選擇GSI公司的GS71116TP-8。2.2.3用戶電路模塊用戶電路模塊包括CODEC和SLIC,采用Infineon公司的DuSLIC套片:PEB3265和PEB3265。1個(gè)PEB3265有2路CODEC,ONT需要1片PEB3265,2片PEB3265。KS8695P的通用IO信號(hào)產(chǎn)生SPI總線,用于CODEC的配置控制。3VoIP的FXS語音網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)FXS的軟件工作主要是對VoIP的處理。目前VoIP的主要有H.323、SIP、MGCP等協(xié)議體系。大部分廠家都支持H.323協(xié)議,為了便于互通,我們選擇H.323協(xié)議體系。軟件的主要工作是編寫H.323協(xié)議棧。3.1軟件設(shè)計(jì)介紹采用當(dāng)前流行的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks,VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS),是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分,開發(fā)編譯環(huán)境是Tornado2.2,開發(fā)語言標(biāo)準(zhǔn)C。軟件采用模塊化設(shè)計(jì),模塊之間彼此獨(dú)立,通過消息機(jī)制、共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方式通信,其中主控模塊協(xié)同幾個(gè)模塊之間的通信和調(diào)用?？煞譃槿缦轮饕K:主控模塊:此模塊為系統(tǒng)主控流程模塊,包括系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)任務(wù)派生、系統(tǒng)模塊之間通信的消息管理、協(xié)議流程、振鈴及摘掛機(jī)流程等。內(nèi)核模塊:此模塊包括VxWorks系統(tǒng)內(nèi)核、系統(tǒng)板支持包(BSP)、硬件外設(shè)驅(qū)動(dòng)等。協(xié)議模塊:H.323協(xié)議模塊,包括H.225、H.235、H.245協(xié)議等,符合ITU-T標(biāo)準(zhǔn)ASN.1及PER編碼規(guī)則。協(xié)議支撐模塊:此模塊為VxWorks系統(tǒng)與H323協(xié)議的接口模塊及ASN.1編解碼。用戶接口模塊:此模塊為用戶操作提供控制臺(tái)、telnet、webserver等接口,其中用戶接口(CLI)采用類cisco風(fēng)格的命令模式,操作簡單。DSP控制模塊:此模塊主要為AudioCodesDSP控制流程,包括音頻數(shù)據(jù)的采集、壓縮及數(shù)據(jù)的RTP/RTCP、T.38編碼、發(fā)送。3.2H.323協(xié)議棧的開發(fā)基于H.323的語音網(wǎng)關(guān)的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3,它建立在H.323協(xié)議棧的基礎(chǔ)上,增加了數(shù)據(jù)處理和用戶接口處理的功能。DSP的語音壓縮編解碼處理和MPU對H.323協(xié)議棧的處理是軟件系統(tǒng)的。MPU作為主處理器,它通過Codec將語音數(shù)據(jù)交給DSP進(jìn)行壓縮編碼,取回編碼按協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)打包,并發(fā)送到以太網(wǎng)接口。同時(shí)偵聽以太網(wǎng)口,看是否有數(shù)據(jù)包到達(dá),根據(jù)協(xié)議分發(fā)數(shù)據(jù),如是語音編碼數(shù)據(jù),則交給DSP進(jìn)行語音還原,取回語音數(shù)據(jù)送AC97輸出;協(xié)議處理包括:RAS網(wǎng)守注冊和呼叫協(xié)議、H.225呼叫信令協(xié)議、H.245媒體信道控制協(xié)議、RTP/RTCP實(shí)時(shí)傳輸/控制協(xié)議、ICMP、DHCP、還有TCP/IP和UDP/IP等;應(yīng)用層要通過Telnet、Http等完成系統(tǒng)的升級(jí)和配置工作,以及電子郵件收發(fā)工作。此外MPU還完成SLIC的鈴流驅(qū)動(dòng)和摘機(jī)檢測等功能。4結(jié)論根據(jù)此方案設(shè)計(jì)的FXS語音網(wǎng)關(guān),在局域網(wǎng)內(nèi)試驗(yàn),主要測試設(shè)備的呼叫建立能力、呼叫長時(shí)保持能力以及通話語音質(zhì)量測試。測得該設(shè)備1h多能建立起600次呼叫;當(dāng)建立起呼叫后,測試24h后呼叫仍然保持;根據(jù)ITU的P.800標(biāo)準(zhǔn),采用MOS值來判斷該設(shè)備的語音質(zhì)量,請50位聽同一語音樣本,根據(jù)各自的感受對該設(shè)備的語音質(zhì)量進(jìn)行打分,該設(shè)備的MOS值為4.5,有很好的語音通話質(zhì)量。可見,該設(shè)備可直接接入Internet進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)的寬帶化和因特網(wǎng)向家庭用戶的普及,在以軟交換技術(shù)為的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN),電話通信將向IP電話轉(zhuǎn)移,FXS語音網(wǎng)關(guān)做為實(shí)現(xiàn)VoIP的用戶終端設(shè)備的市場前景非常廣闊。

參考文獻(xiàn):

[1].ARM922Tdatas