多媒體網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中模擬電話(huà)語(yǔ)音卡的設(shè)計(jì)

摘要：介紹多媒體網(wǎng)關(guān)中模擬電話(huà)語(yǔ)音卡的軟硬件設(shè)計(jì)。一個(gè)基于TMS320VC5402處理器、AM79（SLIC）用戶(hù)線(xiàn)路接口芯片和AM79Q02（SLAC）用戶(hù)音頻處理芯片及PCI9052 PCI橋接芯片的模擬電話(huà)語(yǔ)音卡的設(shè)計(jì)。

目前，熱點(diǎn)的CTI（計(jì)算機(jī)電話(huà)集成）應(yīng)用有媒體網(wǎng)關(guān)、IP電話(huà)、IP傳真等。軟交換有時(shí)又稱(chēng)為呼叫服務(wù)器或媒體網(wǎng)關(guān)控制器。軟交換的基本概念是把呼叫控制功能從傳輸層（媒體網(wǎng)關(guān)）中分離出來(lái)。通過(guò)服務(wù)器上的軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，如呼叫選路、管理控制、信令互通。由于把呼叫控制與呼叫傳輸分離開(kāi)來(lái)，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平面，使業(yè)務(wù)提供者可以方便地將傳輸業(yè)務(wù)與控制協(xié)議結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移。

電話(huà)語(yǔ)音卡是構(gòu)筑各種CTI應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它是一種用于電腦并能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音處理電腦插件。電話(huà)語(yǔ)音卡（簡(jiǎn)稱(chēng)語(yǔ)音卡）的主要功能是：通過(guò)計(jì)算機(jī)與電信網(wǎng)相連，提供撥號(hào)、振鈴檢測(cè)與控制摘掛機(jī)、信令檢測(cè)、轉(zhuǎn)接內(nèi)線(xiàn)、監(jiān)控錄音、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、主叫號(hào)偵測(cè)等服務(wù)功能。作為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音處理的功能部件，語(yǔ)音卡一般都有與電話(huà)網(wǎng)的接口。與電話(huà)網(wǎng)不同的接口類(lèi)型，可分為模擬語(yǔ)音卡和數(shù)字語(yǔ)音卡。

    以下將介紹一個(gè)基于TMS320VC5402處理器（簡(jiǎn)稱(chēng)DSP5402）、AM79R79（SLIC）用戶(hù)線(xiàn)路接口芯片和AM79Q02（SLAC）用戶(hù)音頻處理芯片及PCI9052 PCI橋接芯片所構(gòu)成的模擬電話(huà)語(yǔ)音卡設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)總體方案

在設(shè)計(jì)中，電話(huà)語(yǔ)音卡實(shí)現(xiàn)了16路話(huà)音的連續(xù)控制和成幀功能。系統(tǒng)通過(guò)PCI總線(xiàn)與DSP5402交互，對(duì)單板進(jìn)行維護(hù)和管理；語(yǔ)音業(yè)務(wù)通過(guò)TDM（時(shí)分多路復(fù)用）總線(xiàn)連接；單板內(nèi)部則由DSP5402完成對(duì)語(yǔ)音的連接控制和成幀功能?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1 DSP5402簡(jiǎn)介

DSP5402是TI公司的54x系列16bit定點(diǎn)DSP，具有低功耗、高性?xún)r(jià)比的特點(diǎn)。具體特點(diǎn)如下：擴(kuò)展地址模式最大可址到1M×16bit外部程序空間，4K×16bit片上ROM，16K×16bit片上雙口RAM；指令集支持單指令循環(huán)和塊循環(huán)，存儲(chǔ)塊移動(dòng)指令提供高效的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器管理；片上硬件資源包括軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和可編程存儲(chǔ)單元轉(zhuǎn)換，連接內(nèi)部振蕩器或外部時(shí)鐘源的鎖相環(huán)（PLL）時(shí)鐘發(fā)生器，兩個(gè)多通道緩沖串口（McBPs），增強(qiáng)型8bit并行主機(jī)接口（HPI8），兩個(gè)16bit定時(shí)器，6通道直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA）控制器；工作電源有3.3V和1.8V（內(nèi)核）；在3.3V供電（1.8V核心電壓）下單周期定點(diǎn)指令的執(zhí)行周期可達(dá)10ns（100MIPS）。

設(shè)計(jì)中DSP5402一方面通過(guò)PCI總線(xiàn)完成與主機(jī)的通信、數(shù)據(jù)交換，另一方面完成對(duì)語(yǔ)音的接續(xù)與成幀功能的控制，以及信號(hào)和信令處理功能。

    因此DSP5402外圍設(shè)計(jì)分兩部分：

（1）DSP5402與PCI9052的硬件接口

完成DSP5402的HPI總線(xiàn)與PCI9052 LOCAL本地總線(xiàn)連接，主機(jī)從而可以通過(guò)PCI總線(xiàn)與DSP5402進(jìn)行通信。首先通過(guò)HPI對(duì)DSP5402進(jìn)行程序加載并啟動(dòng)，然后完成對(duì)語(yǔ)音板的監(jiān)控操作。

當(dāng)DSP5402與主機(jī)（HOST）交換信息時(shí)，HPI是主機(jī)的一個(gè)外圍設(shè)備。它有如下特點(diǎn)：可訪問(wèn)所有片內(nèi)RAM空間、HOST訪問(wèn)總是與DSP5402時(shí)鐘同步、HOST和DSP5402均可訪問(wèn)片內(nèi)RAM。

PLX公司的PCI總線(xiàn)控制芯片PCI9052完成PCI總線(xiàn)高速信號(hào)與LOCAL側(cè)本地設(shè)備資源的信息交互。它提供了本地總線(xiàn)與PCI總線(xiàn)的接口，避免用戶(hù)直接面對(duì)復(fù)雜的PCI總線(xiàn)協(xié)議，提供高性能的從目標(biāo)PCI接口板卡與PCI總線(xiàn)的連接；支持寬速率范圍的本地總線(xiàn)，最高可達(dá)132 Mbps的傳輸速率；對(duì)PCI9052編程可實(shí)現(xiàn)復(fù)用/非復(fù)用的8位、16位、32位的本地總線(xiàn)接口。

設(shè)計(jì)中PCI9052本地總線(xiàn)采用非復(fù)用8位模式與HPI8總線(xiàn)匹配，CPLD完成PCI本地總線(xiàn)與DSP5402的HPI總線(xiàn)互連，如圖2所示。其中具體信號(hào)定義如下：PCI本地側(cè)地址信號(hào)（LA27、LA0、LA[1:2]），配合PCI本地側(cè)讀寫(xiě)信號(hào)LW/R#、地址使使能信號(hào)ADS#及BLAST傳輸模式使能信號(hào)編碼生有心HPI控制信號(hào)（如片選信號(hào)HCS#、數(shù)據(jù)字高低字節(jié)選擇信號(hào)HBIL、功能寄存器選擇信號(hào)HCNTL[0:1]及讀寫(xiě)信號(hào)HRD#、HWR#）；HPI準(zhǔn)備就緒信號(hào)HRDY產(chǎn)生PCI本地側(cè)就緒信號(hào)READY#，可根據(jù)需要插入等待周期，達(dá)到實(shí)際時(shí)序要求；HPI中斷信號(hào)HINT#觸發(fā)PCI本地中斷信號(hào)LINT#；HPI數(shù)據(jù)總線(xiàn)HD[0:7]通過(guò)CPLD電平匹配與PCI本地側(cè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)LD[0:7]連接。

    （2）DSP5402與AM79Q02（SLAC）的硬件接口

選用AMD公司SLIC用戶(hù)線(xiàn)路接口芯片AM79R79（簡(jiǎn)稱(chēng)SLIC）實(shí)現(xiàn)電話(huà)的接續(xù)各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，監(jiān)視電話(huà)線(xiàn)的負(fù)載變化，實(shí)現(xiàn)摘機(jī)檢測(cè)、饋電供給及振鈴傳送；與其實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接口的SLAC用戶(hù)音頻處理芯片AM79Q02（簡(jiǎn)稱(chēng)SLIC）實(shí)現(xiàn)電話(huà)的連續(xù)各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，監(jiān)視電話(huà)線(xiàn)的負(fù)載變化，實(shí)現(xiàn)摘機(jī)檢測(cè)、饋電供給及振鈴傳送；與其實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接口的SLAC用戶(hù)音頻處理芯片AM79Q02（簡(jiǎn)稱(chēng)SLAC）實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的A/D轉(zhuǎn)換，并成幀到PCM碼流中。SLAC）實(shí)現(xiàn)話(huà)音的A/D轉(zhuǎn)換，并成幀到PCM碼流中。SLAC提供的SPI MCU總線(xiàn)接口簡(jiǎn)化了與MCU的硬線(xiàn)連接，并且SLAC（提供完全的SLIC的控制總線(xiàn)）與SLIC可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，因此對(duì)SLIC的控制可完全簡(jiǎn)化為直接控制SLAC來(lái)間接完成，簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)，節(jié)省了用戶(hù)的開(kāi)發(fā)成本。

SPI接口包括時(shí)鐘DCLK、片選CS及數(shù)據(jù)線(xiàn)DI/O，而沒(méi)有讀寫(xiě)方向控制線(xiàn)，對(duì)讀寫(xiě)方向的控制則通過(guò)寫(xiě)單字節(jié)的讀寫(xiě)命令字的bit0完成；讀寫(xiě)命令字的bit7-bit1包含控制寄存器的地址信息，這樣就可以完成對(duì)SLAC的寄存器操作。

另外，設(shè)計(jì)SLAC的SPI接口時(shí)序需特別注意：每次讀寫(xiě)操作CS低使能有效至少維持8個(gè)DCLK周期，即完成一個(gè)字節(jié)的讀寫(xiě)操作；當(dāng)CS低使能有效少手8個(gè)DCLK周期時(shí)，則該讀寫(xiě)忽略；當(dāng)CS低使能有效地8～15個(gè)DCLK周期，則取倒數(shù)的8個(gè)DCLK周期為有效讀寫(xiě)周期；當(dāng)CS低使能有效大于15個(gè)DCLK周期，則會(huì)引起硬件復(fù)位。

圖3是SLAC的MCU接口SPI總線(xiàn)時(shí)序圖。

DSP5402有兩個(gè)通道緩沖串口（McBPs），McBPs有多種配置模式，可根據(jù)需要配置成高速主從SPI接品，考慮到以后功能擴(kuò)展需要，設(shè)計(jì)中保留了McBPs；采取由軟件讀寫(xiě)通用I/O，模擬SPI時(shí)序并配合CPLD實(shí)現(xiàn)SPI接口，從而完成DSP5402與SLAC的硬件接口，并實(shí)現(xiàn)DSP5402對(duì)SLAC/SLIC單元的狀態(tài)監(jiān)視與控制。

2.2 PCI9052

PCI9052是PLX公司推出的一種PCI總線(xiàn)從設(shè)備接口芯片。它提供了方便的本地總線(xiàn)與PCI總線(xiàn)的接口。避免用戶(hù)直接面對(duì)復(fù)雜的PCI總線(xiàn)協(xié)議。

2.3 AM79Q02與AM90R79

選用AMD公司SLIC/SLAC用戶(hù)線(xiàn)路接口與音頻處理、成幀電路。SLIC實(shí)現(xiàn)電話(huà)的接續(xù)各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，監(jiān)視電話(huà)線(xiàn)的負(fù)載變化，實(shí)現(xiàn)摘機(jī)檢測(cè)、饋電供給及振鈴傳送的功能；而SLAC實(shí)現(xiàn)話(huà)音的A/D轉(zhuǎn)換，并成幀到8Mbps的PCM碼流中。它還有如下特點(diǎn)：軟配置SLIC輸入阻抗、收發(fā)增益、回路損耗等線(xiàn)路參數(shù)；A/μ率編碼或線(xiàn)性編碼可選；PCM碼流時(shí)隙再分配；單雙8Mbps的PCM通道可選；支持四路SLIC控制與語(yǔ)音處理，縮小了電路板的尺寸、降低了成本；其中內(nèi)部環(huán)回、音頻發(fā)生電路，方便了電路的故障診斷與測(cè)試。

SLAC用戶(hù)線(xiàn)路音頻處理電路，如圖4所示。

另外SLAC與MCU通信提供SPI接口，簡(jiǎn)化了與MCU的硬件連接；而且SLAC與SLIC無(wú)縫連接的SLIC控制與音頻接口，因此直接控制SLAC以間接完成對(duì)SLIC的控制，簡(jiǎn)化了硬件電路和軟件編程。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)分為如下兩部分：目標(biāo)板內(nèi)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)與主機(jī)程序設(shè)計(jì)（其中包括PCI驅(qū)動(dòng)程序及主機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)）。

3.1 目標(biāo)板內(nèi)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

目標(biāo)板內(nèi)驅(qū)動(dòng)程序可根據(jù)功能模塊劃分：系統(tǒng)自檢、測(cè)試模塊；SLAC/SLIC的控制模塊，實(shí)現(xiàn)包括線(xiàn)路激活、振鈴、待機(jī)和新線(xiàn)狀態(tài)，摘掛機(jī)檢測(cè)及檢測(cè)門(mén)限可編程；與主機(jī)通信模塊，實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)目標(biāo)板的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 主機(jī)程序設(shè)計(jì)

這里將主機(jī)程序設(shè)計(jì)分為PCI驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)和主機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)兩部分。

PCI驅(qū)動(dòng)程序使用Jungo公司的驅(qū)動(dòng)程序生成軟件KernelDriver，使用十分方便。利用KernelDriver中的驅(qū)動(dòng)程序生成向?qū)?，根?jù)需要生成驅(qū)動(dòng)程序代碼；在MS-VC++編譯環(huán)境編譯剛剛生成的驅(qū)動(dòng)CPP代碼，調(diào)試沒(méi)問(wèn)題了，PCI驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)也就完成了。

主機(jī)應(yīng)用程序則是在PCI驅(qū)動(dòng)程序之上，調(diào)用相關(guān)的API函數(shù)對(duì)PCI設(shè)備進(jìn)行操作，完成主機(jī)對(duì)目標(biāo)板的程序加載及對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控操作。

本方案設(shè)計(jì)中，CPU選用了性?xún)r(jià)比很高的TMS320VC5402，其CCS開(kāi)發(fā)環(huán)境配合JTAG調(diào)試，開(kāi)發(fā)方便；選擇可無(wú)縫連接使用的用戶(hù)線(xiàn)路接口芯片AM79R79、用戶(hù)音頻處理芯片AM79Q02以及靈活配置的PCI橋接芯片PCI9052，大大降低了軟硬件開(kāi)發(fā)難度，加快了開(kāi)發(fā)進(jìn)度，達(dá)到降低開(kāi)發(fā)成本的最終目的。