一种基于嵌入式系统的语音通信研究.doc

一种基于嵌入式系统的语音通信研究 赵苓伶 （西南计算机有限责任公司，中国重庆400060） 【摘要】利用Linux操作系统的总线的通用性，根据新一代嵌入式通信设备的需求设计了数字PCM编译码接口电路和驱动，实现模拟话音与PCM编码转换，并增加了测试环节，验证了信源转换的可行性。 关键词tp3094；fpga；驱动；测试 0引言 在目前的通信网中，需要将模拟信号转换为高速率的数字信号，这样可以充分扩大信息资源的有效利用以及延伸信息传递距离。采用数字信号码变换，便于通信网中数据的交换、转接、存储和处理。同时，Linux操作系统是一个开源、稳定的系统，有着良好的开放性和总线极佳的通用性，本文利用该操作系统的优点，根据PCM编解码芯片的时序以及设备话音组包、拆包读写的要求，设计了数字PCM编译码接口电路和驱动，通过Core3517LI嵌入式核心板的总线，经FPGA来控制TP3094芯片，完成嵌入式通信设备的4路语音通信功能。 本文主要对PCM和模拟信号之间的转换进行了研究，分别介绍了软、硬件设计和测试流程，结果表明该语音通信功能的设计是可行的。 1硬件设计 PCM是脉冲编码调制，它是将声音从模拟转换成数字信号的一种技术，更高性能的点对点通信、保密性强，传输质量高、时延小，充分保证了通信的可靠性1。 本设计选用Core3517LI核心板和芯片TP3094。Core3517LI是一款以Cortex-A8芯片作为主处理器的嵌入式核心板，其内部集成了强大的多媒体处理单元，支持26位地址和16位数据总线扩展。NationalSemiconductor公司的TP30942，是一种专用集成电路来完成PCM编解码的芯片。该芯片单-5V供电，集成了四路PCM编解码电路，压扩方式为A/律可选，片内自带电压基准、低通接收滤波器和带通发送滤波器，通过外接电阻可以调节输入信号的增益。 1.1电路设计 TP3094外接帧信号和2.048MHz的时钟即可工作，它的工作方式有8bit和32bit两种，而要使用4路，就要用32bit的方式工作，即将第一个路FSX0（发时隙）、FSR0（收时隙）信号脚外接到所提供的短帧同步信号上，FSX1-3、FSR1-3信号脚接到模拟地上，就可自动完成对其后连续的另三路PCM语音编码同步。 /TSX为TP3094提供的输入输出四路PCM数字编码的时隙起始、结束信号，在帧同步信号下降沿跳变为低，最后一个bit结束后跳变为高。DX为TP3094将模拟信号编码后输出的四路PCM信号，第一路先输出，高位在前。DR为输入给TP3094的PCM信号，时序同DX，TP3094收到PCM信号进行解码输出模拟信号。时序和电路设计分别见图1、图2。 VXI0-3信号脚是每路模拟语音输入端，它连接电话的送话器，电阻R68-71是用来调节每路语音的输入增益。VRO0-3信号脚是每路模拟语音输入端，是连接到电话的受话器的。 1.2FPGA设计 只以一路PCM语音通道的设计示意，pcmshift将输入的PCM数字信号进行串并转换，如图3，移位产生的地址进行存储，寄存器存满后产生中断通知主处理单元取数。 主处理单元写入PCM数据后通知FPGA取数，FPGA通过计数、移位产生的地址从lpm_ram_dp寄存器将数据读出，如图4、5，经过Lpm_shiftreg2进行并串转换由三态门控制输出至PCM编解码器，数据取出完毕后产生中断通知主处理单元继续写入PCM数据。 在实际通信系统中需要注意的是，读写中断不能在寄存器存满或取完数据之前产生，最好使用下降沿判断中断，保障数据连续不掉包。 2软件设计 在安装有交叉编译器的主机上运行Linux操作系统，进行交叉开发。实现在Core3517LI核心板上对PCM编码芯片的驱动和数字语音收发功能的驱动程序设计步骤如下： 在使用Linux2.6的内核中，先注册驱动misc_register（），然后初始化： pcm_init() gpio_request();/通过FPGA的总线控制，要配置I/O脚 pcm=kmalloc();/申请空间 sema_init();/信号量初始化 打开驱动，要申请和设置读写中断： pcm_open() set_irq_type(); request_irq(); 收/发操作和中断处理： pcm_read();/中断与用户空间收发数据的处理 pcm_write(); pcm_rdirq_handler();/缓存收到规定字节的数据后，唤醒一次收的信号量 pcm_wrirq_handler(); 当不使用该驱动时，要释放申请了的对应资源。 3收/发的测试 编写测试程序，通过播放静音、忙音，来测试PCM芯片的数据接口、供电回路、FPGA的数据总线等方面是否存在问题，以确定受话质量，其测试流程如图6。 通过录音后的播放来测试送话质量，流程如图7。 结语 综上所述，本文对PCM和模拟信号之间的转换进行了研究，详细阐述了软、硬件设计的全过程，通过实际通信组网测试显示延时在ms级以内，语音数据连续不掉包，人耳的听觉根本察觉不出。同时本设计中采用的TCP3094芯片还可以进行级联工作，可扩展为八路PCM数字信号转换电路。 参考文献 钱亚生,诸庆麟,译.语音与图象的波形编码原理及应用M.北京:人民邮电出版社,1990. TP3094QuadPCMCodec/Filter，NationalSemiconductorZ.Febr