（机械电子工程专业论文）嵌入式系统设计与基于mgcp协议的宽带ip电话的设计与研究.pdf

j 裒郏电大学颈士学投论文 摘要 本论文是基予m g c p 协议和嵌入猫：操作系统( u c l i m i x ) 宽带嵌入式撑电话的设计 与醪 究，圭簧内容惫菇嵌入式攥 筝系统夔开发设诗，v o i p 技末熬疆究，m g c p 蛰议瓣 分析与实现，基予m c _ r c p 协议的宽带腰电话的设计与实现。 论文详细论述了基予嵌天式操作系统( u c l i n u x ) 匏秀发与设计，包括嵌入斌搽佟轰 统u c l i n u x 的分析釉穆植等。 接着详细论述v o i p 相关原理和相关傣令，在比较备种信令的优缺点后详细分析 m g c p 协议，劳讨论媒体网关电话终塌设诗的一些关键技术。 在以上相关璁论的铺垫下，我提出基于m g c p 协议的嵌入式m 电话的设计方法和 其体实现，蒺中包括嵌入式i p 电话豹详缨疆彳率设诗牵霾基予越硬 串擎台豹i p 电话懿详继 软件设计。在硬件设计中详细分析了蒜硬件模块的详细设计和原理。在软件设计中包括 u c l i n u x 移植的的详细过程和夜移植过程中越关键作用的b o o t l o a d e r 的分析与设计、 m g c p 底豢协议找匏实壤 方法弱扶态枧豹设诗与实现、还育就是为测试强电话用来麓 口电话样机通信的慕于p e 的软终端m g ( m e d i a g a t e w a y ) 和呼叫代理c a ( c a l l a g e n t 熬设诗与癸凝帮一些溅试爨予。 最后，在总结全文的基础上，对v o i p 领域中一些有待进一步研究的问题提出了一 些蓍法和展望。 笑键词；v o i p 、嵌入式、m g c p 、u c l i n u x 、r t p r p c p 、a r m 北京邮电大学硕士学位论文 t h e d e s i g na n dr e s e a r c ho fe m b e d d e ds y s t e ma n d b r o a db a n di p p h o n eb a s e do nm g c pp r o t o c o l 1 l m p a p e r i sa b o u tt h ed e s i g na n dr e s e a r c ho f t h eb r o a db a n dm p h o n eb a s e do nm g c p p r o t o c o l a n d e m b e d d e d l i n u x o s ( u c 妇u x ) ，m a i n l y t a l k e d a b o u t t h e d e s i g n o f t h ea p p l i c a t i o n b a s e d o n t h ee m b e d d e d o s 、r e s e a r c 血o f t h e v o i p t e c h n o l o g i e s 、a n a l y s i s a n dr e a l i z a t i o n o f t h em g c pp r o t o c o l ，d e s i g na n dr e a l i z a t i o no f t h eb r o a db a n di pp h o n eb a s e do nm g c p p r o t o c 0 1 f i r s t l y , t h ep a p e rd i s c u s s e s t h ed e v e l o p i n ga n dd e s i g no f a p p l i c a t i o n sb a s e do ne m b e d d e d o si nd e t a i l ，i n c l u d i n ga n a l y s i sa n d p o r t i n go f t h ee m b e d d e do s ( u c l i n u x ) s e c o n d l y ，t h et h e s i sd i s c u s s e st h e o r i e sa n dp r o t o c o l sv o i pr e l a t e di nd e t a i l ，a n a l y z e s m g c p p r o t o c o li nd e t a i la f t e rc o m p a r i n gm e r i t sa n ds h o r t c o m i n g so f v a r i o u sp r o t o c o l ss u c ha s h 3 2 3 a f t e rt h i s ，s o m ek e yt e c h n o l o g i e so f m e d i ag a t e w a y ( i pp h o n et e r m s ) i sa t s o d i s c u s s e d b a s e do nt h et h e o r i e sa b o v e ，ip u tf o r w a r dt h e , w a yo f d e s i g n i n ga n d r e a l i z i n go f t h e e m b e d d e di pp h o n eb a s e do nm g c pp r o t o c o l ，i n c l u d i n gt h ed e s i g no f t h eh a r d w a r ea n dt h ei p p h o n es o f t w a r eb a s e do ni t i nt h ed e s i g no f t h eh a l d w b i ，ia n a l y z ed e s i g na n dt h e o r i e so f v a r i o u sm o d e l so f t h eh a r d w a r ei nd e t a i l n l es o f h a r ea s p e c ti n c l u d i n gt h ep o a i n go f t h e u c l i n u x a n d t h e d e s i g n a n d r e a l i z a t i o n o f t h e b o o t l o a d e r w h i c h p l a y sa n i n l p o r t a n tr o l e i n t h e p o r t i n go f t h eu c l i n u x 、t h ew a yo f r e s i 2 a ：t i o no f t h el o w - l e v e lm g c pp r o t o c o l 、d e s i g na n d r e a l i z a t i o no f t h es t a t em a c h i n ea n dt h es o f t - t e r m i n a l - m g ( m e d i ag a t e w a y ) a n dc a ( c a l l a g e n t ) w h i c hb a s e do np c f i n a l l y , b a s e do ns u m m a r i z i n gt h ew h o l ep a p e r , ip u tf o r w a r ds o m eo p i n i o n sa n ds o m ew o r k w h i c hs h o u l db e d o n ea f t e r w a r d sa b o u tt h ep r o j e c tw h i c hm y p a p e ri st a l k i n ga b o u t k e yw o r d s ：v o w 、e m b e d d e d 、m g c p 、r t p r t c p 、a r m 2 宣明 独创饿( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论义是本人在导师指导下进静静研究工终及取得的研究成果。 尽我瑟鲤，豫了文孛褥麓热疆舔注释致落孛瑟罗凋熬内容戮势，谂文辛不锻畲其 他人已缀发表或撰写道的研究成粜，也不包含为获得北京由瞄鼓大学或其他教育机 构的学能或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何赁献 均已在谂文中作了明确的说明并表示了谢意。 审请学僚论文与资料襞骞不实之鲶，零久承撬一锈撩关责经。 本人签名：车杀瓣 日期：期蟛：“ 关于论文使用授权的说明 学位论文作者竞垒了翳戆家鄄电大学蠢关傈警稷使建学霞论文翡魏定，繇：磷究 生在校敬读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电太举。学校有权保留并 向国家脊关部门或机构送交论文的复印件和磁擞，允许学位论文被查阅；f 口借阅； 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其j 鼹复制 手段保存、茳编学挝谂文。( 爨密鹣学位论文在麟密嚣遵守魏壤定) 保密论文注释：本学彼论文属予保密在年解密后适用本授掇书。非傈密论文 注释：本学 本人签名： 导师签爨： 北京邮电太学硕士学做论文 第一章绪论 本章藏绉分绥了漂熬鹜爱、嵌入式系统定义，黧凑辩v 0 蛋发畿藏嚣及趋势，惑结 了论文的意义和贡献，最后介绍了论文的组成。 l 。l 课题背景 9 】c 1 加8 】 建巷i n t e r n e t 按拳裙计舅穰。遁臻投寒邈速发袋，簧缓躲电傣鬻终姨承载罄整务 的独立网络向承载多种业努的统一的下一代网络的满进成为不争的事实。n i p ，就是适 应这一新的发展方向，把传统的p s t n 电话业务转移到i p 网络，利用i p 网络来完成语 毒、图像、凝频等多媒髂懑窟鲍一静毅兴豹技求。 v o i p 技术也在不停的发展和完善。1 9 9 8 年t t u ( 国际电信联溅) 遣过了h 3 2 3 协议 族，其中的语音协议部分成为第一个龛球化的v o i p 标准。h 3 2 3 的出现大大地推进了 v o i p 技术、产品和市场的发展。但是在应用的过程申人们很快发现，h 3 2 3 存农着一些 不是，主要裘瑗在： h 3 2 3 的结构和现有电话网不兼容，多个网关和电话网的s s 7 ( 7 号信令) 相冲 突。 h ，3 2 3 在i n t e r n e t 广域溺范戮爨的寻蛙零游免骂路穷瑟存在麓题，强藏不满 足獭似现有电话网规模的i p 电话的要求。 1 9 9 9 罐1 0 月i e t f 发布了m g c p ( 媒体网关控制协议) ，它在n 段收h 3 2 3 经验的基 戳上，特剐考虑系统的扩充蛙亵规模可扩震牲闽题，并针对i p 网络专门的优化。虽然 市场上h 3 2 3 标准静n i p 系统占了多数，僵是基予黼c p 的i p 系统正在成为人们沟 第一选择，也是当前v o i p 市场热点之。 基于以上考虑，本人程认真分析m g c p 协议和滥前v o i p 现状的情况f ，提出用 嵌灭式投零，滚天式臻嚣深统稻鬟奁较浚行靛a r m 开发技曩乏束实瑗基予m g c p 耱议 的i p 电话。 1 2 嵌入式系统定义 2 l l 【4 1 1 蔽攥i e e e ( 国际电气秘电子工程 饕l 秘会) 瓣定义，嵌灭式系统楚控翻、羹睾凳、或者 辅助设备机器和车间运行的装置( 原文为d e v i c e su s e d t oc o n t r o l ，m o n i t o r ，o r a s s i slt h eo p e r a t i o no fe q u i p m e n tm a c h i n e r yo rp l a n t s ) ，邋主要是从应用上加以 定义豹，跌中可戬看出嵌入式系统是软孛彝硬终静综合 奉，还可以涵盖辊槭露瓣羼装 饕。 一匕京邮电大学硕+ 学位论文 不过，上述定义并不能充分体现出嵌入式系统的精髓。目前国内一个普遍被认同的 定义址：以赢用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功 能、- 一j 靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 同时还应该看到，嵌入式系统本身还是一个外延极广的名词。凡是与产品结合在一 起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，而且有时很难给它下一个准确的 定义。现在人们讲嵌入式系统时，某种程度上是指近些年来比较热的具有操作系统的嵌 入式系统。 1 3 国内外v o i p 概况、水平和发展趋势嘲幽口6 】【3 7 】 v o i p ( v o i c eo v e ri n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 技术始于1 9 9 5 年以色列的v o c a l t e c 公司 推出的客户端软件i p 电话“i n t e r n e tp h o n e ”，指在以i p 为网络层协议的计算机网络 | | 进 j ：语音传送的业务，由于计算机网络也称为i p 网( 计算机网络最基本的卧议是p 协议0 ，因此这项技术称为v o i p 。计算机网络采用的是分组交换技术，即传输的数据单 7 i 都是由标识部分和数据部分封装而成的独立数据包，因此不适合传输语音信号。为了 能够在i p 网络中传输语音信号，必须先通过数模转换技术将语音信号转换为数字信 一吼并用进行压缩( 以节省网络带宽) ，然后再生成数据包，这样就能在1 p 网络中传输 了。传统的语音技术采用的是电路交换技术，通话双方通过p s t n 刚建立一条固定带宽 ( 6 4 k b p s ) 的电路，虽然保证了其低时延、低失真的实时通信服务质量( q o s ) ，但这种方 式网络带宽的利用率低，通信成本高，而且增值业务的推广比较困难。而v o i p 最大的 好处在于无需独占一条线路，而可以与其他语音( 数据) 共享线路，因此，其网络利用率 高、通信成本低：而且因i p 网络具有开放性的特点，很容易快速推广新的v o i p 应用。 ：i n t e r n e t 出现后，人们首先尝试了让2 台p c 通过i p 网络传送语音，这是v o i p 技术应 用的雏形。而i p 网关的出现则是发展期的显著特征，人们认识到仅在p c 机之间实现 i p 通话是远远不够的，于是开始考虑将i n t e r n e t 和己有的p s t n 网络相结合，这样就 出现了p h o n e p h o r e ，p c p h o n e ，p h o n e p c 等多种v o i p 业务，v o i p 进入了迅速发展的 时期。在短短的几年中，随着i n t e r n e t 在全球的兴起和语音编码技术的发展，v o i p 技 术已经取得了一系列突破性进展并得到了实际应用。其中我们最熟悉的就是i p 电话业 务，如中国电信、中国联通等电信运营商都提供这项服务，通过公共的i p 数据网络来 传输通话人的语音。但具有更加广阔的发展前景的v o i p 应用却是在企业应用市场。目 i h l 经有越来越多的网络公司和传统的通信公司投身于丌发企业v o i p 市场的大潮之 中，像a v a y a ，c i s c o 和3 c o m 这些纯粹的计算机网络公司，发展v o i p 的h ? i 、白j 虽然不 长，但却捌有先进的网络技术和开发! 等力：而以l u c e n t ，n o r t e l 和s i e m e n s 等为代表的 2 北柬邮电人学硕士等电伉论文 逶信公弼懿戎努嚣奁予能够l 冬抟绕熬遥绩技本每巍迸懿诗冀蔽阚终技术稿镑合。蓬嚣 v o i p 技术f 处于从发展期到成熟潮过渡的阶段，很多研究机构、公司和用户币在各个 方面进行研究和应用，不遗余力地摊幼v o i p 技术的进步。 撼专家预测，v o i p 的残熬疆爨凌寒柬戆2 5 棼蠹蠢凌，簇时v o i p 技拳穆其畜耍r f 特点：通信采用统的标准，全球备电信厂家的谮静设备可以互通：电信运营公司， ：始提 供成熟的i p 电话业务：向i p 传输多媒体过渡。由于i p 网络中每个数据包的鬻0 达时间和 顺序很媳控裁，嚣此v o i p 的话音鼷爨一直是人们关心的一个瓣题。打过i p 魄话的人都 会有这样鹃体会，翠麓的i p 电话缀常会有对延鞫嗓音，通话矮嚣不高。键残在虢穰少 会出现这种现象了，这主要归功子释厂商通过提商转发效率、聚用镦) s 队列调度和缓p - 队列等技术，因此，目前，无论是个人应用还是企业应用，v 0 1 p 的通话质爨都已经达 鬟了实繇疲爱静要求。 目前，v o i p 技术农企业中的应用可以分为3 个层次： 首先怒w a n 电话传输，即v o i pw a n ，指企业通过广域数据网络传输谮膏， 以节省 电诿爨臻； 第2 漂为局域网络电话，即v 0 1 pl a n 腭a n ，该应用可班使隳面的话音系统更灵活地 接入网络： 第3 屡为蘑向麟一代、监务应耀的统一网络逶信平台苇鞋鹰爝拓展平台，即v o i p c o n v e r g e d 幻i c a t i o n ，指企娩在原有翡瓣络平台基础上霉越愆v o i p 按米开发出精 的谱齑应用。 这3 种应用模式可以说是层层递进的关系。网前提供i p 电话服务的遥静商主要束 叁大懿i s p 戳及电痿公竭，它翻提供约夔务包搀l p 话音窝健囊救务。除了囊猿提供i p 电话业务的运营之外，也出现了一麴进行i p 电话业务批售、交换和结算的遮营者。前 哲在各地安装自己的网关设备，后糟一般具有自己的可以通达全球的骨干网络和结算中 心，它类似一融会员缀织，负责为加入到其中髂会员提供全球艘i p 电话的漫游和结 算。撬供这静骚务的公司鸯i t x c ，c r i c ，v i pc a l l i n g 等，遴过趣a 这些缝缫便可以获 得通达全球的i p 电话服务，邮件系统由邮件传输代理m t a ( m a ilt r a n s f e ra g e n t ) 、 邮件用户代理m u a ( m a i lu s e ra g e n t ) 和邮件投递代理m d a ( m a i id e l i v e r ya g e n t ) 缎 藏。 1 4 课题意义及论文的主要工作内容 本课题要对建立程嵌入式系统软硬件平台上的可以传输实时i p 语音分缎的系统进 嚣臻究实现，较疆擎 平台戆鞠建瑟翻了当蘸篦较流行煞a n & 4 菠拳窝应溺院较f 。泛强 一3 。 北京邮电火学硕十学位论文 u c l i n u x 操作系统，个人认为这种丌发方式在今后的几年将继续流行。出前面涉及的i p 电话的基础知识可知使用i p 网络传输话音是传统p s t n 和i n t e m e t 从网络到应用相互融 合的产物，代表着未来的趋势。而基于嵌入式系统的实现，具有面向应用，灵活定制的 特点，因此本系统的原理适合于口电话终端系统的实现，且些先进技术的采用( 比 如a r m 技术) 将比较适合本系统的继续扩充，比如可视电话之类。我想对如此课题的 研究会给不管是企业内部之问的通信还是城域网之间的通信都有一定的实际意义。且 m g c p 协议和其未来的发展方向m e g a c o m 2 4 8 协议将是n a n ( 下一代网络) 的核 一e l , ，m g c p 中网关分离的思想也将是大势所趋i 所以对它们的研究与实现可以对n g n 的进一步发展也有实际意义。 本文的主要工作内容有对基于a r m + u c l i n u x 的嵌入式系统丌发的研究，对v o i p 终端设备的总体设计方法的研究和实现。在v o i p 协议部分，重点对本文提到的m g c p 协议进行了详细的分析与实现，并且设计与实现了一个简单的基于p c 的软终端( 包括 c a 和m g ) ，通过它与硬终端进行通信与测试。 1 5 论文组成 本沦文由以下几个部分组成： 第一章介绍课题的来源、课题的含义和研究意义、国内外相关领域的研究现状，总 结课题的研究内容。 第二、三、四章介绍了与课题相关的各种技术。 第五章讲述了系统总体设计和具体实现，根据系统的需求，分析系统的功能，并设 计系统的总体结构。在设计好总体结构的基础上通过具体方法实现之，并介绍了对系统 的些测试用例。 最后对本课题的工作进行评价和总结，总结自己从课题研究中得到的收获，并讨论 系统今后的发展方向。 4 北京邮电人学硕士学伶论文 第二章嵌入式系统 嵌入式豢绫设计豹内容穗当广泛，零章宠篱萃分缓褒入式系绕耱美技零，然磊较详 细的介绍朔分析一种嵌入式操作系统u c l i n u x 和在萁上进行的一热开发方法。 2 1 嵌入式系统结构特点和结构简豳 2 。l 。l 嵌入炎系统豹绩耩褥焘 ，嵌入试系统的最大特点是其目的性或针对性，即每一套嵌入式系统的开发设计都有 其特殊的成用场合与特定功能，这也怒嵌入式系统与通用的计算机系统最主要的区别。 勇乡 ，焱入式接末与实瓣健有蓑天然瓣联系。出予羧入式系统是隽特定翁嚣熬瓣设诗， 且常常受蚕空间、成本、存储、带宽簿的限制，因j 筒：它必须最大5 陵度地在硬件上和软件 上“量身怒做”以提高效率，从而带来缩短开发周期、降低成本簿好处。嵌入试系统通 常包括构成软终的基本遐行环境豹硬僻稳操谗系统秘部分。嵌入式系统豹运行环境霸应 蘑场合狡定了嵌入式系统英有区别予冀它操作系统的些特点旧渊。 2 1 2 嵌入代系统的结构简图唧 图2 - i 嵌入式系统的结构简图 一5 一 北京邮电人学硕+ 学位论文 2 2 嵌入式系统 2 2 1u c l i n w x 简介i 叫 l i n u x 是一种很受欢迎的操作系统，它与u n i x 系统兼容，丌放源代码。它原本被 敬引为桌面系统，现在广泛应用于服务器领域。而更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌 入式设备。u c t i n u xj e 是在这种氛围下产生的。在u c l i n u x 这个英文单词中u 表示 m i c r o ，小的意思，c 表示c o n t r o l ，控制的意思，所以u c l i n u x 就是m i c r o - c o n t r o l - l i n u x ，字面上的理解就是”针对微控制领域而设计的l i n u x 系统”。 2 2 2u c l i n u x 的主要特点【2 6 j u c l i n x 以其优异的性能、免费7 r 放的代码等优点，博得众多嵌入式，1 ：发者的青 睐。和过去基于简单r t o s 甚至没有使用任何操作系统的嵌入式程序设计相比，基于 l i n u x 这样的成熟的、高效的、健壮的、可靠的、模块化的、易于配置的操作系统来丌 发自己的应用程序，无疑能进一步提高效率，并具有很好的可移植性。 u c l i n u x 与标准 , i n u x 操作系统相比，最大的区别在于内存管理。标准l i n u x 是针 对有内存管理单元的处理器( m m u ) 而设计的，使用虚拟存储器技术通过分页的方式来载 入进程。这样每个进程在其虚拟地址空间上相互独立，通过m m u 实现从虚拟地址到物理 地址的映射。现代操作系统的内存管理大多采用这种方式，这种做法带来的好处有很 多，比如： ”可以使用比实际物理内存大得多的内存空间。程序在运行时彳i 必全部装入内 存，只加载需要的部分程序，这样既节省了内存空间，又缩短了程序启动的时问。 2 ) 可以运行重定位的程序，同时也可以使多个程序驻留在内存中。 3 ) 可以方便地实现程序代码的共享。即多个进程共享程序的同一个副本。 4 ) d ：f 于每个进程只在自己的虚拟地址空间上运行，通过u 做虚拟地址一 物理地 址的转换，进程的虚拟空间被映射到了不同的内存区域中，因而一个进程不能随意访问 和修改其他进程空间的内容，有利于不同进程之间的保护。 但是，嵌入式领域通常没有删m m u 在处理器中会占用相当大比例的硅片面积， 基于成本和尺寸的考虑，没有眦u 会更适合于嵌入式设备的应用：另一方面，当发生页 嘶失效l l , j ，从磁盘加载进程的页面到内存中，会相当消耗时阳j 和处理器资源，这对系统 工作的影响很大，容易带来不稳定的因素。 基于上述原因，u c l i n u x 对n o 删u 的处理器采用了实存储器管理策略( r e a lm e m o r y m a n a g e m e n t ) 。这样一个进程在执行前，系统必须为之分配足够的连续地址空削，然后 6 i b 隶邮电大学硕士学协论文 全部载入主存储器中。j 9 e 嵌入式开发中，通常都怒针对特定环境下的应用。所以这样的 实现也是w 行的，从执行效率上讲也照会高一些。u c l i n u x 对用户程序采用静念连接的 形式，这耱徽法会傻疲麓程序交大，继是基予蠹辔嫠理懿酒蘧，不褥苓这缮徽，这耱骰 法也更接近于通常嵌入式系统的做法。 2 2 1 3u c l i n u x 的多进程处理跚 u c l i n u x 没有1 1 1 1 1 1 1 1 謦瑾毒 蘧爨，在实瑗多令避程辩( f o r k 谰麓堡或予：进疆) 嚣要实 现数据僳护。 u c l i n u x 的f o r k 和v f o r k ；u c l i n u x 的f o r k 等于v f o r k 。实际上u c l i n u x 的移进程管理 透过v f o r k 寒实现。遮爨涨著u c l i n u x 系统f o r k 髫鼙稠完程嚣，要么子进程代馨父避程执 行( 琵辩父进程已经s l e e p ) 直到子滋程调用e x i t 懑出，要么澜鬻e x e e 执行个新的遴 程，这个时候将产生可执行文件的加栽，即使这个进程只是父滋程的拷贝，这个过程也 不能避免。当子进程执彳亍e x i t 或e ) c 后，子进程使用w a k e u p 搬父进程唤醒，父进程继 续往下瓠行。 u c l i n u x 的这种多进程实现机制同它的内存管理紧密相关。u c l i n u x 针对n o m m u 处 理器开发，所以被迫使用一种f i a t 方式的内存管理模式，启动新的应用程序时系统必须 为瘟愚稷黪努嚣存褚空麓，荠立馨怒波爨程亭蠢g 载鬃内存。缺少了m m u 豹内存重映射 机制，u c l i n u x 必须在可执行文件力日簸阶段对可执行文件r e t o c 处避，使得程序执行时能 够直接使用物理内存。 2 3 基于嵌入式系统冬并发戮馨1 溯黼瑟5 l 下图列出了嵌入式系统设计的简单的流程图。在图中嵌入戏系统丌发的椴架中，确 几个重要的项目，我们在设计过程中成多加注意。 一7 i e 察邮电太学硬士学经论文 匿2 - 3 畿入式系绕设计的簿单熬瀛稷圈 系统定义 系统设计音必须鼹正式语言来撼述整个系统，焉不毖考虑具体的实瑗缨节。 分割 设计誊必须# 够掇突大餐的实璎方粱，姨中选择一个最g 瀑是系统静嚣镪、性等 舅隧l 嫒铡垂勺方案。 8 9 j 窳郯逡大擎醒：学襁论文 软硬件合成 垂予疆拳熬设计与蒙l 试，软 牛绽避与溪试 亍缝是最诧黠阕鹣，茹是是最可能出错熬 地方，因此，对软硬件合成必须进行自动化处理。在确傈可靠性的基础上，还要尽赫减 少处理时闷，遨楚至关重要静。 软硬 牛估计 嵌入式系统设计需要很好的软硬件执行时间及开销的估计。 确认 设计者应渴能够同时在系统定义层、分割层以及最后的实现层确认他的设计概浆必 须支持确谈工爨及协模攘技术。 基予u c l i n u x 的嵌入式系统如下豳所耐3 2 】： 图2 - 4 基于u c l i n u x 的嵌入式系统 嵌入式系 2 4 本耄小结 嵌入式系统的设计的设计还是相当复杂的，因为它包括了软件和硬件的方方面丽的 设诗，掰良齑合理选择各晕孛资源帮采用合遴懿方法来设诗嵌入式系统就显得箱当重要 了，本躐就是谯这样的思想驱动下来提出一基予嵌入浅系统开发方法的。 9 、lflk厂fl 北京邮电人学硕十学位论文 第三章v o i p 系统设计分析及m g c p 协议分析 奉章穷绥v o i p 系统分援莰谤窝m g c p 协渡夔分援。 3 iv o i p 系统的概要设计( 4 2 1 v o i p 系统包括语音应用平台、语音控制平台、语脊数据平台和傺理平台四个模 浚，下塑为英系绕撅要设诗滔1 ： 语音输入 图3 - iv o i p 系统的概骚设计 3 ，2v o i p 系统详| 蒌设量p 髑 在概要设计的基础上，我把四个模块细化设计，管理平台包括：软件开发管理和软 件运行管理，谶音应用平台包括：用户输入输出控制、i v r 和v o i c ea a a ，语音控制乎 螽色掭：呼l 餐薅、v o i p 凌披缓容器帮电麓瘩令容嚣，语啻数蘩平螽篷瑟：漆音数豢 处，必矧j | i 、实时报文传输控制容器和语音数据处理。下豳为其详绌设计图3 8 t ： 。1 0 j 塞郯电大学颈i ：学霞论文 墨3 - 2v o i p 系统豹详鳃设计 3 3m g c p 协议分析疆 3 。3 1 分鬻弱芙镰橡f j 3 1 传统的v o i p 网必除了骚负责对网关两侧的媒体流进行转换之外，还要完成不同类 燃的信令映射。随着互通往业务需求的增加，这种结构的网美融经不罐重负，予愚人们 提出了分离网荚的思想，其分怨功熊模型蛊羁下图所示： 北京邮电火学硕：= 卜学位论文 三鲁镭 臣臼 ，不嗣静溺关支持不潮类鍪 的封包。 3 3 5 呼叫流獠举例 下图是嚣个鄹关故麓攀豹1 凌爨： 一1 3 - 北京邮电人学硕+ 学能论文 下图是实际应用的情况( ac a l l s b ) 溪3 - 5 呼列滚瑕 1 4 。 北京邮电大- 学t i l 十学能论文 其中： 图3 - 7a 浮鹾b 熬m s c 圈 r q n t ( 1 ) n o t i f i c a t i o nr e q u e s t r e n t1 2 0 th d 3 ，1 5 运泌g w w h a t e v e r , n e tm c r c p1 0 n ：c a c a w h a t e v e r 1 1 e t ：5 6 7 8 x ：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a c r ：h d ( e ( r ( h u 0 q ) ) ，s ( d 1 ) ，d ) ) )d ：( t l x l 0 8 0 x x x x x x l 5 7 x x x x x l 0 0 2 x t ) | a c k 幻r q n t ( ) | 2 0 01 2 0 1o k n t f y ( 2 1 ：n o f i f yf r o mr g w n 露y2 0 0 2h r d 3 1 5 r g w ，w h a t e v e r n e tm g c p1 0 n ：c a ( 国c a w h a t e v e r n e t ：5 6 7 8x ：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a co ：5 7 2 1 0 4 3 a c k t o n t f y ( 2 、 2 0 0 2 0 0 2 0 k c r c x 0 1 ：c r e a t ec o n n e c t i o n c r c x1 2 0 4h a d 3 1 5 r g w w h a t e v e r , n e t m g c p1 0 。1 5 北京邮q i 大学硕十学伉论文 c ：a 3 c 4 7 f 2 1 4 5 6 7 8 9 f 0 l ：p ：1 0 ，a ：g 7 1 1 ；g 7 2 6 3 2m ：r e c v o n l y x ：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a dr ：h u a c k t oc r c x 0 ) 2 0 01 2 0 4 0 k i ：f d e 2 3 4 c 8v = 0c = i ni p 41 4 0 9 6 1 0 2 1 6 6 m = a u d i o3 4 5 6r t p a v p09 6 a = r t p m a p ：9 6g 7 2 6 - 3 2 8 0 0 0 c r c x ( 4 、：c r e a t ec o n n e c t i o n c r c x1 2 0 5c a r d 6 5 t g w w h a t e v e r n e t m g c p1 0 c ：a 3 c 4 7 f 2 1 4 5 6 7 8 9 f 0 l ：p ：1 0 a ：g 7 1l ：g 7 2 6 - 3 2 m ：s e n d r e c v a c k t o c r c x ( 4 ) 2 0 01 2 0 5o ki ：3 2 f 3 4 5 e 2 m d c x ( 5 、：m o d i f yc o n n e c t i o n m d c x1 2 0 6h r d 3 1 5 r g w w h a t e v e r n e tm g c p1 0 c ：a 3 c 4 7 f 2 1 4 5 6 7 8 9 f 0i ：f d e 2 3 4 c 8 m ：r e c v o n l y a c k t o m d c x ( 5 、 2 0 01 2 0 6 0 k r q n t ( 6 ) ：n o t i f i c a t i o nr e q u e s t r q n t1 2 0 7h r d 3 1 5 r g w w h a t e v e r n e t m g c p1 0 n ：c a 国c a w h a t e v e r n e t ：5 6 7 8x ：0 1 2 3 4 5 7 8 9 a e r ：h l i s ：vr a l e r t i n g ) a c k t o r q n t ( 6 ) 2 0 01 2 0 7 0 k m d c x ( 7 1 ：m o d i f y c o n n e c t i o n m d c x12 0 9n d 3 l5 r g w w h a t e v e r n e tm g c p1 0 c ：a 3 c 4 7 f 2 1 4 5 6 7 8 9 f 0i ：f d e 2 3 4 c 8 m - s e n d r e c vx ：0 1 2 3 4 5 7 8 9 a fr ：h u a c k t om d c x ( 7 ) 2 0 01 2 0 9 0 k d i 。c x ( 8 、：d e l e t e c o m a e c t i o n d l c x1 2 1 0h r d 3 1 5 r g w w h a t e v e r n e tm g c p1 0 c ：a 3 c 4 7 f 2 1 4 5 6 7 8 9 f 0i ：f d e 2 3 4 c 8 a c k t od l c x ( 8 ) 2 0 01 2 1 0o k p ：p s = 1 2 4 5 ，o s = 6 2 3 4 5 ，p r = 7 8 0 ，o r = 4 5 1 2 3 ，p l = 1 0 ，j i = 2 7 ，l a = 4 8 1 6 。 北焱郯电人学硕= ：学位论文 注：a ：c o m p r e s s i o na l g o c ：c o n n e c t i o ni n f o r m a t i o nd ：d i 蚺t m a pl ：l o c a l c x o p t i o n s i ：c o n n e c t i o n i dm ：m e d i an a m ea n dt r a n s p o r ta d d r e s sn ：r t i f ye n t i t y o ：o b s e r v e de v e n tp ：p a e k e t i z ep e r i o d ( m s ) 。歉：r e q u e s te v e n t sx ：r e q u e s t i d e n t i f i e r v ：p r o t o c o l v e r s i o n 3 3 6 协议消息 m g c p 协议结擒鞠s i p 的类戗，并虽都是基予文本貔镪浚。协议静涪患分为余令秘 响应两类，每个命令黼要接收方回邀响应，采用三次握手的方式证实。命令消息总共以 下有9 种：e p c f ( 既麓端点) 、r q n t ( 通知请求) 、n t f y ( 通知) 、c r c x ( 创建 连接) 、m d c x c p u 外 爨系统竣c p u 努围系统e p u ) 。 数据总线，这是双向信号线。 5 。4 ， 避址憨线”1 对于地蚍总线灏言最墼要的就是要i 恿过正确联接地址总线来处理好嵌入式系统地址 空间的映射问题，总的原则就是婺给c p u 所荫周边的外围设备分配一段独立的系统地 垃窒潮。善走爨要理解嵌入式系统可寻懿逖蛙窆阕数壤念，这令瑕念和选爆豹c p u 类 型是密切相荚的，目前c p u 从地址映射的角媵而苦可以分成内存和i o 统编：l l | = ( m e m o r ym a p p i n g ) 嚣内存疽0 分澍编簸( 囝m 船p l n g ) 箍静类漫，不髑的编 址方式决了硬件设计的不同链接。但是绝大多数嵌入式c p u 采用了m 勘眨) r y m a p p i n g 附方式，所以我采用的也是这种方式。 m e m o r ym 艚p 烈g 豹援心概念裁是疑翁熬c p u 乡 爨部磐郡骞一段独立的系统 地土旺：窀问。程序可以通过对某一独立的系统地址空间进行访问，从而就可以对相应的设 备逡嚣读写鬻想歪确分配好遮缝空隧，需要餐愆c p u 懿垒麓片遥耧建蛙蕊线猿号产生 正确的外围鄢件的片选信号c s 下图是$ 3 c 4 4 8 0 的m e m o r ym a p p i n g 图示： 2 3 。 北索螂电- 人学硕士学俄论文 图5 - 3s 3 c 4 4 8 0 系统地址分配 从上圈可知： 1 s d r a m d r a m 必薹页映射0 x c 0 0 _ 0 0 0 0 到0 x 1 0 0 0 _ 0 0 0 0 这段地址空间，邀拭实是 出c p uc o r e 中s d r 趟涯控专l 嚣逻辑辑决定躬。嚣照如果系统采翅s d r a m 或 d r a m 那么它们的片选必定是n g c s 6 或n g c s 7 。 2 4 袁瓣电夫学硕士学挝论文 d q l 0 d q l l d 叠1 3 d q l 3 d q t 4 d q l 5 娃s c 塞 n s r 点s n s c a s f 溺嚣 v o d o v d d i v d d 2 v d d q 0 v d d q l 圈5 - 4s d r a m 片选信号联接图 上阔愚本系统s d r a m 的控蒂信譬的联接蘅，w 戳看到袋厣了n s c s 0 ( 繇 媳e 筠) 骰为泞逡。 2 s r a m ! r o m 可以 ! | 突辩0 x 0 0 0 00 0 0 0 裂o x o b f t f r 这段鳃垃空闺，毽怒需要考虑 至系绞b o o t 对总怒首先谤闼0 x 0 0 0 0 0 0 0 执纷b o o t 饯鹦。因此掰窍嵌入式系 统都将块f l a s h 分配到这一地皱区域，典体蕊富就是锬黑n g c s 0 傲f l a s h 的 j 寺选。 2 5 。 北求邮电人学硕一b 学能论文 。 ： ，i 十 图5 - 5f l a s h 片选信号联接图 麸上甏司辩系统霞弼了2 9 l v l 6 0f l ，a s 嚣，漶它浚射在0 x 0 0 0 00 0 0 0 到 0 x 0 1 c o 的地址空间。_0000 3 分配好s d r a m f l a s h 后就可以进一步为系统藏它外围设镲分配地址空i 瑚。为了 更充分戆列矮缝址空瓣，一般都楚馒震全最片邈鞠裹位l 撼墟形戏避一步瓣i = ；+ 逡馈 号，因为全局片选信号只有8 个，除去r a m 嗣f l a s h 至少需要的2 个，外系统 最多只脊6 个全局片选，考虑到系统的可扩展饿必须充分使用全局片选使得内存地 址空嘲不至于有大块区域浪费。 5 ，1 4 2 控潮总线 控制憨线有以下几类 l 读写控制n o e ，矾，r 2 羚谩申鞭信号 3 握手信号n a c k ，n w a i t 我在这熙主要介绍读写控制信号豹接线问题，数它两种信号在硬件电路中使用不多 蔼簋不麓戆c p u 也鸯不疑。一般 蓦骞s d 嚣珏豫a 4 蕊a s 精磐懿读写都怒秘c p u 的读写直接相连，这是因为这些部件怒o sk e r n e l 能够正确运行的必要条件，而且 c p u 对它们的读写也相当频繁，例如对同步动念r a m 而言，c p u 内部的s d r a m 授块必缎羧严格的时序对s d r a m 避行p r e c h a r g e 以免s d r a m 中黥数摄丢失。 一2 晷一 北柬邮电大学硕= ： ：学位论文 l 直接联接这种方法谯设计c p u 对外围器件读冀时不考虑它谯系统中的地此空问问 题，遂个出c s 片选信号确定，这样会导致c s 片选信号复杂化，这种模式的设计 要赢： a 使用c p u 读写信号做为外围器件的读写信号 b 采用愈局片选和高位地址信号一起产生对外围器件的片选信号 我不建议采用这季孛方式。 2 只有程访问井围嚣 串的遗圭丘空闽辩才产生读写僚号，这是最为保险的一辩设计方 法，而麒对于不同的外围器件有不同的读写逻辑控制信号，这样也增强了对c p u 的读 写信号的驱动能力，这羊申模式的设计簧点： 驴篌爱全菊片遥终荛多 蠢器舞爨片逸 b 采用黼位地址信号羊