浅谈VOIP语音网关的硬件实现关键技术分析.doc

1、浅谈 VOIP 语音网关的硬件实现关键技术分析所谓的 VOIP 是 voice over IP 的简称，就是在 IP 网上传送语音信号实现语音通信的一种技术。VOIP 电话作为信息技术进步带来的一项新型电话业务在全世界开展，并对传统电话业务形成越来越大的威胁。目前，VOIP 技术发展迅速，是因为它相对传统的电路交换的电话网具有不可比拟的优势1,2。本文对于 VOIP 语音网关的功能进行了详细的介绍，然后对语音网关各个组成器件的型号，功能特性，使用方法，硬件结构，接口方式等进行分析。1 VOIP 语音网关概述1.1 VOIP 语音网关的功能简介通信网中有两种格局一种是复杂的网络配以简单的终端；一

2、种是简单的网络配以复杂的终端。在传统的电话交换网中我们一直采取了前一种方式，即用功能完备的交换机提供了复杂的功能实现从而使终端一电话达到了简易。在 IP 网中，我们会发现，使用了后一种策略，即统一简单的 IP 网络配以各个功能复杂、处理能力强的终端。基于嵌入式系统的语音网关，集成了电话和计算机技术为一体，实现了语音的数模转换；语音的压缩/解压缩，以及 IP 语音包的打包和拆分，并提供了 PSTN 的相关信令等功能。1.2 VOIP 语音网关的功能设计这里开发的语音网关提供了 4 个模拟语音接口，可以连接电话机或传真。该语音网关还提供一个以太网(Ethernet)接口以接入 IP 网络，以提供实

3、时的高质量的基于 IP 网络传输的语音服务。使用本网关，用户可以利用现有的普通电话机以极低的费用拨打本地，国内和国际电话;企业级用户也可利用本网关实现在 Internet 上的免费通话。该语音网关使用多种语音压缩技术，使得在保证语音传输质量的同时，只需占用用户较少的带宽。1.3 VOIP 语音网关的结构设计在硬件功能模块的具体设计中，为了使设计合理，确保测量的精度，以获得最佳的设计效果，应该注意以下几个设计原则：(1) 用最新或是功能更完善的芯片，功能强的芯片使系统的精度和可靠性得到了保证。（2）电路设计上应该留有余地，以考虑将来扩展和修改的需要，因为软件的升级比硬件要方便得多，而且往往只要修

4、改或添加软件中数据。处理的模式或算法，就可以大幅度地提高系统的功能。 （3）以软件代硬件。（4）选用 HCMOS 工艺的芯片，目的是降低功耗。 （5）仔细讲究布局布线。这里经市场的调研和在技术上各方面的考察，欲在嵌入式操作系统VXWORKS 的平台上移植 H.323 协议栈并添加相关的硬件驱动，设计开发出基于 H.323 协议的语音网关。2 VOIP 语音网关的硬件实现技术分析2.1 ARM 处理器 S3C4510BARM 具有领先的技术和优越的产品性能。由于 ARM 技术方案架构具备低功耗、高效能、低成本以及小体积等特性，使得 ARM 得到了众多用户。ARM 的 16/32 位嵌入式处理器技

5、术是世界上应用最为普遍的微处理器结构。芯片 S3C4510B 各功能模块除了 ARM7TDMI 核以外，S3C4510B 比较重要的片内外围功能模块包括：2 个带缓冲描述符的 HDLC 通道(2-channal HDLCs with DMA)；2 个 DART 通道；2 个 GDMA 通道:2 个 32 位定时器(32 BIT TIMER)；18 个可以编程的 I/0 口；一个 IIC 接口。其中几个重要模块包括：（1）Ethernet 控制器，Ethernet 控制器集成在 S3C4510B 上，使该芯片方便了在以太网的应用。 （2）HDLC (High-Level Data Link Co

6、ntrol)高层数据链路协议；（3）DART。2 个可工作于 DMA 方式或中断方式的 DART 模块，支持 5, 6, 7, 8 位的串行数据发送和接收。 （4）PLL电路。外部时钟可由片内 PLL 倍频以提高系统时钟，输入频率范围：1040MHz，输出频率可以是输入时钟的 5 倍。外围晶振时钟就在此接入后倍频的。 （5）CPU 内核概述及特殊功能寄存器(Special Registers)。2.2 系统时钟电路S3C4510B 的系统时钟由有源晶振 1 OMHZ 提供，经 S3C4510B 内部分频得到 50MHZ 的时钟作为本开发板 CPU 的内部时钟。片内的 PLL 电路兼有频率放大和

7、信号提纯的功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，以降低因高速开关时钟所造成的高频噪声。有源晶振的 1 脚接 SV 电源，2 脚悬空，3 脚接地，4 脚为晶振的输出，可通过一个小电阻(此处为 22 欧姆)接 S3C4510B 的 XCLK 引脚。2.3 10Mbps/100Mbps 以太网接口电路该部分的接口电路是语音网关与 IP 网的接口通道，是语音网关呼叫信令的收发，语音的传送接收的“关口” 。此外，在网关的开发调试阶段，也用于在交叉编译环境中将用户程序从网口传送到目标机(语音网关)上，方便程序的编译，减少工作量。以太网接口电路由 S3C4510B 的相关电路，物理层芯

8、片，网口变压器，网口 RJ45 组成。作为一款优秀的网络控制器，S3C4510B 内嵌一个 ETHERNET 控制器，S3C4510B 的以太网控制器工作于 10/100Mb/s 全双工或半双工模式。半双工模式下支持 IEEE 802.3 载波多点侦听/冲突检测协议(CSMA/CD)。全双工模式下，支持 IEEE 802.3 MAC 层控制协议。以太网控制器的 MAC 层支持媒体无关接口（MII, Media Independent Interface)及带有缓冲DMA 的接口(BDI)。MAC 层自带有收、发模块，流控制模块、用于存储网络地址的匹配地址存储器(Content Address

9、Memory, CAM)以及一些命令寄存器、状态寄存器、错误计数器寄存器构成。2.4 串行接口电路串口，简单地说，就是串行收发数据的接口，串口通信是一种异步通信方式，负责异步串行收发数据的模块叫 UART（Universal Asynchronous Receiver /Transmitter).RS232-C 标准采用的接口是九芯或 25 芯的 D 型插头实现基本的串行通信功能，实际上只需要 RXD，TXD， GND 但由于 RS-232-C 标准所定义的高低电平与 S3C4510B 系统的 LVTTL 电路所定义的高低电平信号完全不同，LVTTL 的标准逻辑“1”对应 2V3 。3V 电平

10、，标准逻辑“0”对应 00.4V 电平，而 RS-232-C 标准采用负逻辑方式，标准逻辑“1”对应-5-15V 电平，标准逻辑“0”对应+5V+15V电平。显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换，目前常使用的电平转换电路为 MAX323。2.5 电源电路在该系统中，需要使用 SV 和 3.3V 的直流稳压电源，其中，S3C4510B几部分外围器件需要 3.3 V 电源，另外，部分器件需要 SV 电源，有很多DC-DC 转换器可以完成 SV 到 3.3V 的转换，这里选用的是 LM1117-3.3。2.6 复位电路在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。

11、复位电路可由简单的 RC 电路构成，也可使用其他的相对较复杂，但功能更完善的电路。2.7 JTAG 接口电路JTAG (Joint Test Action Group，联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真，调试，JTAG 技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路测试访问口(Test Access Port,TAP)，通过专用的 JTAG 测试工具对内部节点进行测试。目前大多数的比较复杂的器件都支持 JTAG 协议，如 ARM，DSP, FPGA 器件等标准的 JTAG 接口是 4 线；TMS, TCK, TD 工，TDO，分别为测试模

12、式选择，测试时钟，测试数据输入和测试数据输出。JTAG 测试允许多个器件通过 JTAG 接口串联在一起，形成一个 JTAG 链，能实现对个器件的分别测试。通过 JTAG 接口，可以对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。2.8 CPU 的 HPI 接口及与之相连的语音编解码器 AC483C 子系统该部分由 CPU 的 HPI 接口及与之相连的语音编解码器 AC483-C 以及一个 QSLAC 芯片和四个 SLIC 芯片构成。该部分提供了普通电话的接口及相关的信令并将用户的语音等模拟语音信号编解码。是语音网关实现其功能的最重要部分。3 结语VOIP 技术发展到今天，己经比较成熟。本文系统介绍了语音网关的相关技术，各个硬件的组成，以及相关的设计。参考文献:1 于纲. 推动 VoIP 技术发展的因素J. 互联网天地, 2005,072 于波. VoIP 技术原理及展望J. 电子元器件应用, 2006,06