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STLC1502是基于ST公司的專用于開發VoIP相關產品的處理器，是集成了ARM7和D950的雙核芯片。普通雙音頻電話機可通過以STLC1502為核心的VoIP小型用戶網關接入Internet，實現IP電話呼叫。 概述 隨著2000年互聯網泡沫的破滅，IT近幾年徘徊在低谷，復蘇艱難。然而VoIP(voice over internet protocol)技術帶來的沖擊波卻在不斷增強。VoIP又叫IP電話，泛指在以IP為網絡層協議的計算機網絡中進行話音通信的系統，即在IP網上傳送話音。傳統的電話網以電路交換方式傳輸語音，所要求的傳輸帶寬為64kbit/s，且通話時獨占電路，通信費用昂貴。VoIP以IP分組交換網絡為傳輸平臺，對模擬語音信號進行壓縮，打包等一系列的特殊處理,使之可以采用費用低廉的IP數據網進行傳輸。對端從IP網上接收數據后，再把它還原成話音，實現通話。隨著計算機網絡的發展和日益普及，VoIP無論是研究和應用都日益趨熱，VoIP市場前景廣闊。特別是隨著最近寬帶接入的興起，網上多媒體應用越來越多，基于IP網絡提供包括語音，數據與視頻等在內的綜合多媒體通信服務，將成為VoIP領域的下一關鍵性應用。因此，各VoIP的廠家推出了很多相關產品。除了各大VoIP廠家的電信級IP電話產品外，其中最常見的產品還有小型用戶網關和IP電話終端。 本文采用STMicroelectronics（意法）公司專門用于用戶級VoIP產品開發設計而推出的STLC1502雙核處理器芯片，配合添加相關外圍芯片后，設計了一種VoIP小型用戶網關產品。普通電話機通過該網關接入Internet，可實現IP電話呼叫。 STLC1502處理器 STLC1502是ST公司專用于快速設計開發IP電話和模擬網關設備的高性能VoIP處理器，具有非常豐富的便于開發小型用戶網關設備的接口。該處理器是雙核芯片，內部集成了低功耗D950DSP和ARM7/TDMI 微處理器，以及兩個10/100M以太網媒體接入控制接口（MII：media independenti nterface），還包含了方便測試和調試的JTAG接口（ARM和DSP各一個）。下面將分別介紹ARM7微處理器和D950DSP的部分。 ARM微控制器部分 基于ARM7TDMI處理器核，并具備豐富外圍接口的多總線微處理器系統，主要完成整個系統的控制功能和與外圍設備的通信，具有以下特性。 （1）60MHz頻率。 （2）系統總線基于高級微控制器總線結構（AMBA），包括兩條獨立的總線：連接高性能系統模塊的高性能總線（AHB）和連接低功率外圍設備的高級外設總線（APB）。 （3）高速32位數據總線，連接外部存儲器。外部程序存儲器和外部數據存儲器共享數據總線，方便系統存儲器的擴展。 （4）16K×32bit內部ROM，可存儲系統啟動代碼。 （5）兩個MII接口，與以太網收發器相連，可構成兩個RJ45以太網口。 （6）具有內部控制硬件負責管理兩以太網端口數據幀的交換和網絡數據流的收發處理。 （7）SPI（serial peripheral interface）串行外圍接口，可以控制所連接的語音編碼器CODEC。與它相兼容的語音編碼器有STW5093、 STLC5046、 STLC5048等。這是標準的SPI端口，所以除了可連接CODEC，還可以是其他外設。 （8）IIC端口。連接存儲有啟動程序和配置數據的串行EEPROM。在IP電話設備中，可連接LCD。 （9）GPIO（通用IO）單元作為可選功能，可作為6×6鍵盤矩陣的接口。 （10）UART端口，可連接主機終端。啟動時，代碼可通過UART下載。 （11）主處理器接口（HPI），可直連一個外部控制處理器。接口直接和MotorolaMPC850外部總線兼容。 DSP部分 STLC1502內部集成有基于D950核的DSP處理器，可專用于音視頻多媒體數據的處理，它的特點如下， （1）運行頻率100MHz，120MIPS。 （2）哈佛結構，獨立的指令總線和數據總線，分別訪問程序存儲器和數據存儲器。 （3）內含48k×16程序ROM，存儲基本系統管理代碼和標準語音編解碼代碼+16K×16程序RAM；48K×16數據RAM。 （4）內含4k×16大小的DPRAM（雙端口RAM），分別和ARM處理器和DSP相連，作為ARM7和D950之間的通信信箱，控制信息和語音分組經 DPRAM交換，還可經DPRAM，DSP從ARM側下載任選的語音編解碼算法。 （5）PCM總線接口，用于與語音編碼器CODEC相連。 （6）JTAG和仿真端口，用于系統軟硬件測試。 小型VoIP用戶網關的設計 下面給出基于此芯片的小型VoIP用戶網關設計方案。 VoIP小型用戶網關 隨著VoIP應用的日益廣泛，寬帶接入的興起，IP電話從主干長途網向本地市話網延伸，利用已有的數據IP網，在數據網的網絡接口接上網關，普通電話與網關連接，即可通過該網關實現IP電話通信，節省電話費用支出，而且網關配置、組網、使用靈活方便。小型用戶網關產品有很大的市場需求，其一端上聯到IP網的以太網口，一般有一個到兩個網絡RJ45接口+一端接模擬電話或PBX（用戶電話交換機），可以有2~4個模擬電話接口。或者網關內含本地交換功能，直接實現網內部電話的交換。 用戶網關在VoIP網絡應用的網絡結構示意圖如圖1所示。 圖1 網絡結構示意圖 各個VoIP網關可經IP網實現彼此的呼叫，從而接通電話。圖中的電信級VoIP網關是IP網和傳統PSTN電話網的互連設備，常由電信運營商來維護和管理。 網關硬件系統 以STLC1502作為主處理器，外圍配置語音編碼器CODEC芯片、電話機用戶環路接口（SLIC）芯片、以太網收發器芯片等即可構成VoIP網關硬件系統。 &nbs p; 系統主要包括主處理器模塊、語音編解碼器CODEC模塊、用戶線接口電路SLIC模塊、以太網接口模塊(外擴存儲器模塊，RS232串口，用于和主機相連，主機通過串口可配置系統，系統硬件框圖如圖2所示，該用戶網關具有以下的功能。 （1）對外提供4個RJ11普通電話機接口和2個RJ45以太網接口， （2）普通話機通過該網關直接連入IP網。實現IP電話通信， （3）在IP網上的話音終端也可直接撥打網關側的4個普通話機， 主處理器模塊 集成了ARM7和D950的雙核STLC1502處理器。ARM7控制整個系統的運行。以及和IP網的連接。D950處理語音數據，編碼PCM的語音數據，而后交給ARM7，經以太網接口傳送出去；反之，ARM7從IP網接收到編碼的語音數據包后，把它交給D950，解碼為PCM語音數據流，，經 CODEC和SLIC電路后還原成模擬話音送到普通電話機。 語音編解碼器CODEC 采用ST公司的STLC5046芯片，STLC5046是單芯片可編程4通道CODEC。連接4塊SLIC電路。可完成四路用戶電話信號的PCM編解碼. 通過對它內部41個工作寄存器的配置。可設置不同的工作參數。如TX/RX增益、編碼率（A/η）、時隙分配、獨立開閉各話路的電源。參數設置有兩種方式：通過芯片控制引腳的靜態設置和經由主處理器MCU配置。本方案采用主處理器STLC1502通過SPI接口來設置CODEC的工作參數。 用戶線接口電路SLIC 采用STLC30R80。是單芯片SLIC電路。具有B（饋電：直流-48V）+O（過壓保護）、R（振鈴控制）、S（用戶線回路狀態監視）、H（2/4 線交換的混合電路）、T（測試電路）功能，集成了鈴流信號和標準DC電源供給。SLIC電路是網關設備與電話終端的接口電路，本方案設有四塊SLIC芯片、四個RJ45接口。四塊STLC30R80SLIC芯片和一塊STLC4056CODEC芯片相連接。 以太網接口模塊 主處理器芯片STLC1502有兩個MII總線接口，分別連接以太網收發器芯片STE100，再通過連接變壓器后，形成兩個RJ45以太網插口。 片外擴展存儲器 片外擴展兩塊8M字節的HY57V6532200BSDRAM動態存儲器，4MB的靜態Flash存儲器，與IIC接口相連的256kbitEEPROM。 以上各部分模塊都在一塊電路板上實現，主要芯片都選擇了ST公司的芯片，使得系統具有高穩定性，兼容性好。這樣，通過簡單的無縫連接就完成了VoIP網關硬件系統。 軟件部分 軟件部分分為操作系統支持、網絡接口、VoIP信令協議、語音編解碼處理和用戶應用配置五大模塊，以美國Windriver公司的VxWorks為操作系統。VxWorks是實時操作系統。實現高效的任務調度管理，BSP（板級支持包）作為硬件和軟件的接口。在系統工作之前初始化硬件，VxWorks還包含了TCP/IP協議棧。在其上可方便地實現網絡應用程序。本方案以H.323作為VoIP協議，實現呼叫的建立和控制。DSP的語音編解碼算法是軟件的核心，關系到通話語音質量的好壞。語音編碼符合G.711、G.723.1標準，軟件部分各模塊層次結構如圖3所示。 應用開發注意事項 系統時鐘 系統基準時鐘可由固定的外部25MHz晶振/振蕩器提供，內部PLL（鎖相環）提供產生獨立的100MHzD950和60MHzARM7時鐘，這樣就簡化了外部時鐘電路的設計。 圖2 小型VoIP網關硬件框圖 圖3 軟件部件各模塊層次結構圖 存儲器配置ARM存儲器 內部ROM。存儲系統啟動代碼bootloader，啟動代碼輪詢串行外設（IICEEPROM）UART串口。和HPI，從外部下載應用程序到系統。下載后，系統控制權交給該外部程序。可擴展四種類型的外部存儲器，Flash、SRAM、DRAM（SDRAM或EDO）和串行EEPROM。其中 Flash、SRAM和DRAM共享32bit數據總線和32bit地址總線，串行EEPROM可通過IIC總線連接。我們擴展了16M的SDRAM、 4M的Flash和256k的EEPROM、SDRAM和flash和系統數據、地址總線相連，EEPROM連接到IIC。 系統也可從Flash或串行EEPROM啟動，這由處理器BOOT_SEL引腳選擇。有以下幾種存儲器配置方式： (1)Flash，SDRAM，包含BOOTP和TFTP的啟動碼存放在Flash.應用程序或者也存放在Flash，或者可通過以太網或UART下載到SDRAM。 (2)EEPROM，SDRAM，內部ROM啟動內部ROM啟動代碼啟動后，載入存放在EEPROM的BOOTP和TFTP代碼。應用程序經以太網或UART串口下載到SDRAM。 (3)Flash，SDRAM，EEPROM，就如方案1，但是更靈活。EEPROM可用于存儲網絡參數(MAC地址。和其他特定的板級參數數據，所以 Flash不需要再分成永久存儲區和可升級存儲區。通過保存在EEPROM的寫flash程序，也可把經以太網絡口下載的代碼寫到flash，便于用戶更新定制應用程序。 (4)SDRAM，從內部ROM啟動。應用程序經HPI接口從主機下載。經由不同的片選，選擇不同的外部存儲設備。32bit的數據總線可選擇以 16bit或8bit位寬訪問外部存儲單元。例如，Flash可選擇為16bit訪問，DRAM可選擇32bit訪問。三個片選供選擇三個靜態存儲器(每個4MB)，四個片選選擇動態存儲器(每個8Mbyte)。 DPRAM 在ARM的APB(advanced peripheral bus)總線和DSP數據總線之間接有2k×16的雙端口RAM(DPRAM)，能被ARM7和D950訪問，作為ARM7和D950之間相互通信的郵箱，交換數據或控制信息。在ARM7側，DPRAM地址映射起始為0x0C180000。而在D950側，DPRAM起始地址為0x8000。 DSP存儲器 DSP內有三條存儲器總線，I+X和Y。I是指令存儲器總線，X和Y是數據存儲器總線。存有DSP系統代碼和編解碼算法代碼的程序ROM和程序RAM接在I總線，數據RAM接在X或Y總線上。 ARM和DSP之間數據交換 2k×16的雙端口RAM共16個郵箱，被分成兩組，每組8個郵箱。前8個郵箱用于ARM7傳送信息給D950，剩下的8個郵箱用于D950傳信息給 ARM7。每組中的8個郵箱，4個用于傳送控制信息，4個用于數據信息。本文基于STLC1502處理器的VoIP網關支持四路雙向語音通道，因此每路單向話路配置1個控制郵箱和1個數據郵箱。 本文設計了一款基于ST公司的專用于VoIP相關產品開發的STLC1502處理器的小型VoIP用戶網關。把該網關連接到以太網上，普通雙音頻電話和該網關連接，與處于同一局域網上的基于PC的H.323VoIP軟件電話通話，實驗結果良好。在此網關方案的基礎上，稍作修改，如在STLC1502的通用 I/O口上添加接鍵盤，在IIC總線上再接一LCD液晶顯示屏，CODEC換作具有話筒和話筒接口的STW5093芯片，即 可實現VoIP可視電話硬件系統。軟件添加視頻編解碼程序后，可實現VoIP可視電話。由此可以看出，基于STLC1502，可快速簡便地開發出VoIP相關用戶產品。 |
