浅谈VoIP语音网关的硬件实现关键技术分析

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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。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。

VoIP语音网关概述

  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. 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。

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。

VoIP语音网关的硬件实现技术分析

  1. ARM处理器S3C4510B

ARM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 Control)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:10~40MHz,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.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。 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 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。


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本文发布者:

李珊珊

李珊珊

山不在高 有仙则名 水不在深 有龙则灵