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

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