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無(wú)線(xiàn)VoIP系統設計應用

2011/12/27

　　VoIP(Voice over IP)由于其在IP網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現語(yǔ)音通信，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò )資源的利用，降低了語(yǔ)音業(yè)務(wù)成本，在全球范圍內得到了迅速的發(fā)展。802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)將用戶(hù)從有線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )連接中解放出來(lái)。在企業(yè)中部署WLAN網(wǎng)絡(luò )之后建立VoIP的應用，并不需要對現有的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行改造就能滿(mǎn)足在企業(yè)內部進(jìn)行語(yǔ)音通信的需求，并且滿(mǎn)足下一代移動(dòng)通信應用在單一網(wǎng)絡(luò )內進(jìn)行數據、語(yǔ)音、多媒體的傳輸的發(fā)展方向。本文將VoIP和WLAN(Wireless LAN)結合到一起，在MIPS(Microprocessor without Interlocked PipelineStages)架構的處理器ADM5120上實(shí)現了在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)內進(jìn)行IP通話(huà)的功能。系統以終端的形式進(jìn)行通信，可移動(dòng)性強。

　　1、系統硬件的設計

　　1.1 硬件的整體架構

　　系統硬件的整體架構設計如圖1所示。系統硬件主要由五部分組成：ADM5120主處理器部分、通話(huà)控制部分、無(wú)線(xiàn)子卡部分、存儲部分和外設連接部分。通話(huà)控制部分采用Infineon公司語(yǔ)音芯片VINETIC-2CPE，Version 2.1(PEB3322)為子處理器，外接A／D，D／A轉換功能的用戶(hù)接口電路SLIC-DC PEB4268，與存儲部分一起構成語(yǔ)音實(shí)時(shí)處理骨架；無(wú)線(xiàn)子卡部分采用Atheros公司的WMIA-165G 802.11g Mini PCI模塊，并用Madwifi驅動(dòng)無(wú)線(xiàn)子卡；存儲部分使用2塊SDRAM存儲器和1塊NOR FLASH存儲器；外設連接部分包括一個(gè)WAN口和四個(gè)LAN口、Mini-PCI接口、輸出模擬電話(huà)信號的RJ-11接口，以及用于調試的RS 232串口。

　　1.2 ADM5120主處理器

　　德國Infineon公司的ADM5120是一款基于哈佛體系結構的SoC(片上系統)的嵌入式處理器，具有5級流水線(xiàn)，并使用了32位MIPS指令集。同時(shí)ADM5120還是一款典型的寄存器型微處理器，其配置了32個(gè)通用寄存器和一對存儲64位數據的寄存器Hi和Lo以及異常PC寄存器，其中Hi和Lo寄存器用于存放定點(diǎn)乘法的結果。ADM5120中還內置了32／16位MIPS32 4KEC處理器，其采用TLB(TranslationLookaside Buffer)實(shí)現了內存管理和流水線(xiàn)中的異常處理功能，并使用馮?諾依曼結構在內存和寄存器之間傳輸數據，提高了數據的傳輸效率，加快了程序的執行速度。另外，ADM5120還集成了多種外圍部件，主要有：PCI(Peripheral Component Interconnect)總線(xiàn)接口，5個(gè)100 Mb／s的以太網(wǎng)接口，并且還配置了ADM5120內置的PHY芯片，內嵌了16 MB／85 MHzSDRAM存儲器，給系統設計提供了很大的方便。

　　在本系統中，微控制器接口(非緩沖接口)與VINETIC，FALSH-RAM，SDRAM并行連接，并分別使用8 B，16 B，32 B的總線(xiàn)寬度。ADM5120通過(guò)微控制器接口控制與之相連的VINETIC并將語(yǔ)音數據從WLAN接口傳給VINETIC，反之亦然。ADM5120的通用輸入／輸出端口GPIOs控制VINETIC的復位信號并為VINETIC生成片選信號，同時(shí)GPIOs還作為VINETIC準備功能和中斷信號的輸入。而連接到ADM5120的LED指示燈顯示W(wǎng)AN口和LAN口連接狀態(tài)以及模擬輸出接口的模擬線(xiàn)路狀態(tài)。

　　1.3 VINETIC語(yǔ)音模塊

　　VINETIC(Voice and Internet EnhanceTelephony Interface Circuit)是Infineon公司的一款語(yǔ)音處理模塊，它將編解碼器和語(yǔ)音處理功能集成在一起，能達到與傳統語(yǔ)音服務(wù)相同的語(yǔ)音質(zhì)量。VINETIC處理模擬電話(huà)信號，語(yǔ)音壓縮包，并提供實(shí)時(shí)壓縮包的緩沖，具有自適應回聲抵消，靜音檢測，DTMF信號產(chǎn)生、譯碼等功能。

　　VINETIC芯片的主接口電路如圖2所示。其中4和5為片選輸入端；AD0～AD7：雙向的輸入／輸出信號，相應的引腳有3種運行狀態(tài)：低電平、高電平或高阻抗，當CSQ為高電平時(shí)，DOUT呈高阻狀態(tài)，此時(shí)需要外接10 kΩ的上拉電阻；28和29輸出數字電平，漏極開(kāi)路，相應的引腳有2種運行狀態(tài)：低電平有效或三態(tài)，并允許多個(gè)設備共享為線(xiàn)或。芯片供電電路部分：66外接鎖相環(huán)路，此鎖相環(huán)重要地影響到芯片的總性能，因此應特別注意對鎖相環(huán)供電的濾波器；64將鎖相環(huán)接地。

　　1.4 存儲模塊

　　系統存儲模塊包括1塊NOR FLASH芯片MX29LV320和2塊SDRAM芯片W986432DH。MX29LV320的引腳分布如圖3所示。

　　其中A0～A20：地址輸入；DQ0～DQ14：數據輸入／輸出；DQ15／A-1：DQ15(按字模式進(jìn)行數據的輸入／輸出)，A-1(按字節模式進(jìn)行最低有效位地址輸入)；CE：切片啟動(dòng)輸入；WE：寫(xiě)啟動(dòng)輸入；OE：輸出啟動(dòng)輸入；RESET：硬件重啟引腳，低電平有效；RY／BY：讀／忙輸出，連接到主處理器ADM5120的RDY引腳以提高速度。

　　W986432DH的引腳分布如圖4所示。其中A0～A10：地址引腳；BS0和BS1：存儲體選擇；DQ0～DQ31：數據輸入／輸出的復用引腳；RAS：行地址選通；CAS：列地址選通；WE：允許寫(xiě)入，命令輸入，當在RAS時(shí)鐘上升沿取樣時(shí)，CAS和WE確定操作將被執行；DQM0～DQM3：輸入／輸出掩碼，當DQM在讀周期高電平采樣時(shí)輸出緩沖區置于高阻抗(2個(gè)時(shí)延)，而在寫(xiě)周期采樣將零時(shí)延地阻止寫(xiě)操作；CLK：在時(shí)鐘上升沿抽樣輸入；CKE：時(shí)鐘啟動(dòng)，當CKE為低時(shí)，進(jìn)入掉電模式、暫停模式或自我充電模式。

　　2、系統軟件的設計與實(shí)現

　　系統軟件設計的整體架構如圖5所示，其在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)內實(shí)現了基于A(yíng)DM5120的UDP方式點(diǎn)對點(diǎn)通訊和廣播通訊。UDP(User Datagram Protocol，用戶(hù)數據報協(xié)議)主要用來(lái)支持那些需要在計算機之間傳輸數據的網(wǎng)絡(luò )應用。眾多的客戶(hù)／服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò )應用例如網(wǎng)絡(luò )視頻會(huì )議系統等都需要使用UDP協(xié)議。UDP協(xié)議直接位于IP(網(wǎng)際協(xié)議)協(xié)議的頂層，屬于網(wǎng)絡(luò )協(xié)議中的傳輸層協(xié)議。由于UDP協(xié)議不需建立連接，具有效率高、速度快和占用資源少等優(yōu)點(diǎn)，應用于消息通信和實(shí)時(shí)系統中可以提高系統傳輸數據的效率。UDP具有組播和廣播功能，是分發(fā)信息的一個(gè)理想協(xié)議。本系統還移植了一種基于A(yíng)DM5120的嵌入式Web服務(wù)器boa，實(shí)現了對VoIP系統進(jìn)行基于B／S方式的Web配置。

　　2.1 點(diǎn)對點(diǎn)通訊的實(shí)現

　　在本系統中，在一個(gè)網(wǎng)段內的任意兩個(gè)應用程序之間可以進(jìn)行全雙工通信，每個(gè)應用程序既可做為服務(wù)器又可做為客戶(hù)端。其UDP編程步驟如圖6所示，以下是兩個(gè)應用程序A和B之間進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通訊的具體實(shí)現過(guò)程：

　　(1)雙方分別建立socket，調用socket函數：

　　s=socket(PF_INET，SOCK_DGRAM，0)

　　SOCK_DGRAM表示套接字類(lèi)型為數據報套接字，即采用UDP協(xié)議進(jìn)行通信。

　　(2)綁定已設置好的自己的地址和端口信息，調用bind函數：

　　bind(s，(struct sockaddr*)&my_addr，sizeof(structsockaddr))

　　(3)將select函數置于阻塞狀態(tài)，直到監視文件描述符集合rfds中某個(gè)文件描述符發(fā)生變化為止：

　　select(pCtrl->rwd+1，＆rfds，IFX_NULL，IFX_NULL，NULL)

　　(4)數據傳輸：sendto()和recvfrom()用于在無(wú)連接的數據報socket方式下進(jìn)行數據傳輸。由于本地socket并沒(méi)有與遠端機器建立連接，所以在發(fā)送數據時(shí)應指明目的地址。如圖6所示，A作為發(fā)送方，通過(guò)其套接字用函數sendto()將其服務(wù)請求數據發(fā)送到接收方B的指定端口，B通過(guò)其套接字用函數recvfrom()接收數據，處理好服務(wù)請求后又將服務(wù)應答發(fā)回A，此時(shí)A便成了接收方，A接收應答后還可繼續發(fā)送數據給B。

　　2.2 廣播通訊的實(shí)現

　　廣播和多播都用于實(shí)現向多個(gè)接收者發(fā)送UDP數據報，但是廣播不像多播那樣在接收端有復雜的控制過(guò)程，因而實(shí)現比多播簡(jiǎn)單的多。以下廣播通訊的實(shí)現均在點(diǎn)對點(diǎn)通訊的基礎上實(shí)現的。

　　在發(fā)送方，只需要設置套接字socket的選項為允許發(fā)送廣播，然后在發(fā)送時(shí)指定目的IP為廣播地址即可。具體地，允許socket廣播通過(guò)setsockopt函數設置廣播選項來(lái)實(shí)現，當setsockopt參數optname為SO_BROADCAST時(shí)，表示打開(kāi)或禁止從該socket廣播，當參數optval為1時(shí)允許廣播，為0時(shí)禁止廣播。

　　系統編程實(shí)現廣播的部分源碼為：

　　int bBroadcast=1：

　　setsockopt(pCtrl-->nAdminSocket，SOL_SOCKET，SO_BROADCAST，&bBroadcast，sizeof(bBroadcast))；

　　setsockopt(pConn-->nUsedSocket，SOL_SOCKET，SO_BROADCAST，&bBroadcast，sizeof(bBroadcast))；

　　tO_addr．sin_addr．s_addr=inet_addr(WIRLESS_IP_BROADCAST)；

　　／*WIRLESS_IP_BROADCAST為廣播地址，其值是將網(wǎng)絡(luò )接口(本系統為ath0)IP地址的主機ID部分設置為全1，網(wǎng)絡(luò )ID部分不變而得到*／

　　tO_addr．sin_family=AF_INET；

　　據文獻[7]所講，在接收方，一般不需做任何改動(dòng)即可收到廣播。但在本系統實(shí)現的實(shí)驗過(guò)程中，當將socket綁定到非INADDR_ANY的IP地址時(shí)，接收方無(wú)法收到廣播，并且沒(méi)有任何錯誤指示，即需要綁定本地端口地址到通配地址INADDR_ANY才可接收廣播：

　　my_addr．sin_addr．s_addr=htonl(INADDR_ANY)；

　　另外，本系統還實(shí)現了廣播強插功能，即不管用戶(hù)當前處于摘機、撥號狀態(tài)，還是處于通話(huà)狀態(tài)，當有廣播來(lái)電時(shí)，都斷開(kāi)原來(lái)的連接而與廣播主叫建立新的連接(用戶(hù)不用掛機)。為了防止通話(huà)混亂，本系統設定同一時(shí)刻只有擁有廣播控制權的用戶(hù)有發(fā)言權，而其他用戶(hù)能聽(tīng)不能說(shuō)，當其他用戶(hù)想發(fā)言時(shí)，只要按下“*”鍵就搶到了廣播控制權，最后只有當擁有廣播控制權的用戶(hù)掛機時(shí)，廣播才停止，而任一其他用戶(hù)掛機，不影響廣播通訊繼續進(jìn)行。

　　系統編程實(shí)現廣播強插的部分源碼見(jiàn)表1和表2。

　　3、結語(yǔ)

　　該系統設計完成后，成功地應用于常德市某一電廠(chǎng)，進(jìn)行生產(chǎn)調度，系統能實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)通訊和廣播通訊，并且通話(huà)質(zhì)量良好，基本無(wú)雜音和抖動(dòng)。

　　本系統因自帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡可以自組織網(wǎng)絡(luò )，它可以作為一種無(wú)線(xiàn)指令調度機被應用到通信蔽塞的工廠(chǎng)，另外還可外接喇叭自動(dòng)接聽(tīng)電話(huà)，機器操作員不用停下手中的工作就可照指令進(jìn)行相應的操作。另外，本系統應用可拓展性好，如：系統可通過(guò)PCM通道進(jìn)行FXO連接從而實(shí)現與傳統PSTN互通(見(jiàn)圖1)；在本系統上移植SIP協(xié)議棧便可實(shí)現與WIFI手機互通；將本系統整合到Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )中，基于A(yíng)d Ioc網(wǎng)絡(luò )的各類(lèi)移動(dòng)終端設備便可應運而生，因此本系統具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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