（通信与信息系统专业论文）rtp协议应用于voip终端的研究与实现.pdf

ab s t r a c t ab s t r a c t t h i s d i s s e r t a t i o n i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n o f r t p p r o t o c o l i n v o i p t e r m i n a l s y s t e m . v o l ? i s a t e c h n o l o g y t h a t m o s t l y u t i l i z e d i n i p p h o n e a n d r e l e v a n t v al u e - a d d e d s e r v i c e s . t h e m o s t a d v a n t a g e o f v o i p i s t h a t i t c a n m a k e u s e o f t h e g l o b al i p i n t e rn e t w o r k i n g e n v i r o n m e n t a n d p r o v i d e m u c h m o r e a n d b e t te r s e r v i c e s t h a n t h o s e p r o v i d e d勿 t h e t r a d i t i o n p s t n n e t w o r k . h o w e v e r , d u e t o t h e i n t r i n s i c l i m i t o f i p n e t w o r k , al t h o u g h i t i s c o m p e t e n t f o r t h e t r a n s m i s s i o n o f d i s c r e t e m e d i a s u c h a s t e x t , p i c t u r e e t c , i t i s i n s u ff i c i e n t t o t r a n s mi t r e al - t i m e m e d i a s u c h a s a u d i o , v i d e o a n d s o o n . t h e r e f o r e h o w t o t r a n s m i t r e al - t i m e m e d i a w i t h h i g h p e r f o r m a n c e o v e r i p n e t w o r k h a s b e c o m e o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t p r o b l e m s i n v o i p f i e l d . r t p ( r e a l - t i m e t r a n s p o rt p r o t o c o l ) i s j u s t m a d e b y i e t f t o b e u s e d f o r t r a n s m i tt i n g t h e r e al - t i me m u l t i me d i a d a t a , a n d i t c a n al s o b e u s e d f o r s o l v i n g t h e s y n c h r o n i z a t i o n p r o b l e m s o f t h e a u d i o a n d v i d e o d a t a . a s a r e s u l t , t h e s t u d y o n r t p h a s b e c o m e o n e o f t h e k e y s o f t h e s t u d y i n t h e fl o w me d i a s t e c h n o l o g y a r e a . a s a p a rt o f t h e p r o j e c t t o i m p l e m e n t a v b i p t e r m i n al , t h i s re s e a r c h f o c u s e s o n t h e real - t i me a u d io t r a n s m i s s i o n m e c h a n i s m a n d i m p l e me n t s r t p p r o t o c o l s t a c k o n t h e v o i p s y s t e m. a t f a s t , t h i s d i s s e r t a t i o n i n t r o d u c e s t h e v b i p t e r m i n al w e d e s i g n e 氏a n d t h e n i n t r o d u c e s i n d e t a i l t h e r e al - t i m e t r a n s f e r p r o t o c o l r t p / r t c p , d i s c u s s e s t h e k e y t e c h n o l o g y o f r e al - t im e a u d i o t r a n s m i s s i o n a n d b r i n g s f o r w a r d s o m e m e a s u re s a s w e ll a s al g o r i t h m s t o im p r o v e v o i c e q u al i t y o n d e l a y , j i tt e r a n d p a c k e t l o s s , a t l a s t p r e s e n t s t h e d e s i g n m o d e l a n d r e al i z a t i o n s c h e m e o f t h e r t p p r o t o c o l s t a c k i n v o i p s y s t e m a n d i n c l u d e s t h e e x i s t in g p r o b l e m s a n d f u t u r e w o r k . ke y wo r d s . v o l p r e a l - t i m e t r a n s p o rt r t p / r t c p 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了 解南开大学关于收集、 保存、 使用学位论文的 规定，同意如下 各项内容: 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学 位论 文的印 刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、 数字化或其它手段保存 论文: 学校有权提供目 录检索以 及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学 校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印 件和电子版;在 不以 赢利为目 的的 前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内 容用于学术 活动。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 1 0 s ， ，年 ， 月 i 1日 经指导教师同 意，本学位论文属于保密， 在年解密后适用本授权书。 指导教师签名: k 。 英国u c l ( u n iv e r sit y c o lle g e l o n d o n ) 的网 络与多媒体研究小组也 在实时 语音传输、多播会议的 控制和同步、 多 媒体服务器等方面做了很多研究，他们开发出 音频会议工具 r a t ( r o b u s t a u d io t o o l ) 、 会 话目 录 工 具s d r ( s e s s io n d ir e c t o ry ) 等 软 件 4 。 在 国 内 ， 清 华 大 学电 子工 程系网络研究所多媒体 通信 课题组开发出c o o l - a u d i o , c o o l - v i d e o , c o o l - m e e t i n g 等一系列音视频软件。 其中 ， c o o l - a u d i 。 网络电 话于1 9 9 8 年推出 ， 它是我国 第一套自 主版权而且最有影 响的 i n t e rn e t电 话软件，目 前己 经开发出 w i n d o w s 和l i n u x 两个版本。 该软件 可以 从w w w .c o o l - a u d i o . c o m : 8 0 0 1 处免费 下 载。 从 1 9 9 8 年年底c o o l - a u d i o 正式 发布以来，下 载次 数己 超过十多万人次， 通 话次数己 达5 0 多 万次， 用户遍布全国以 及北美、欧 洲和东南亚 等地区5 1 语音传 输应用是在 i n t e rn e t 上 应用 最为广泛的多 媒体实时 传输应用。 v o i p ( v o i c e o v e r i n t e rn e t p r o t o c o l ) 是目 前 基于ep分组网 络多媒体通 信的 一个典型业 务， 它是 一种以i p电 话为主， 并推出 相 应增值业务的 技术。 最早 推出ip电 话的 商 业 公 司 是 以 色 列v o c a lt e c ， 他 们 在1 9 9 5 年2 月 宣 布 推出i n te rn e t p h o n e 6 1， 接 着 又 有 很 多 类 似 的 商 业 软 件 ， 如m e d ia r in g 公 司 的m e d ia r in g t a lk 9 9 , n e t2 p h o n e 公司的n e t 2 p h o n e , e - t e c h 公司的v o x p h o n e 等。 i p电 话的实 现方式主要有 三种: p c t o p c ; p c t o p h o n e ; p h o n e t o p h o n e , 其中p h o n e t o p h o n e 应用最为 广泛。 最先出现的因 特网电话是p c t o p c 类型， 但它们只限于 在i n t e rn e t 上使用， 语 音质量基本没有保证， 用户群也 较小。 逐渐 地， 电信公 司开始认识到利用i n t e rn e t 实现话音业务的巨 大潜在市场， 于是 采用 网关设 备把i n t e rn e t 和p s t n连接起 来，由 于利用i n t e m e t 代替 传统的 长途电 话 线路 可以 大大降 低成本从而产生巨 大的 经济效 益， i p电 话进入了 快速的发展 阶 段。 以 我国为 例， 自 从 1 9 9 9 年 1 1 月 信息 产业部正 式批准了中国电 信、 中国 联通、 吉通和网 通四 家公司进 行 i p 电话 商业 试验， 目 前中国己经成为世界上e p 电 话 发 展最快的地区之一。 第一章引言 可以说，实时性数据传输研究已有了长足的进步。许多研究成果被应用于 实 践， 许 多 相 关的 传 输 协 议 被 制定 ， 如: r t p ( r e a l- tim e t r a n sp o r t p r o to c o l ) 和 r t c p ( r e a l - t i m e t r a n s p o rt c o n t r o l p r o t o c o l ) , r t s p ( r e a l - t i m e s t r e a m i n g p r o t o c o l ) . s i p ( s e s s i o n i n i t i a t i o n p r o t o c o l ) , h. 3 2 3 , rs vp ( re s o u r c e r e s e r v a t i o n p r o t o c o l ) 、 服务区分协议 ( d i f s e r v ) 等， 这些都是构建当 前多 媒体 通讯的主要 协议。 在这些 协议中， r t p 和r t c p 主要负 责传输多媒体数 据以 及实 现最基本的 传输控制，它们也是本论文主要讨论的协议。 第三 节课题简介及研究意义 r t p / r t c p 协议是为了 在 分组网 络中 传递实时 业务而 设计的 ， 如今已 经在有 实时性要求的领域得到了广泛的应用。 本文的 主要工作在于实现了 在嵌入式 l i n u x 平台 下的r t p / r t c p协 议栈， 并将其应用到v o i p终 端中， 主 要用于实时 传输语音数 据， 取得了良 好的实际 应用效果。 我们 研制的v o i p 终端系 统， 其功能 主要包括语 音的采 集与回放、 编解码、 网络接口 和人机接口。实时传输协议 ( r t p / r t c p )的实现、应用与扩展是这个 项目的一部分。 对于 r t p / r t c p协议的 研究工作不但具 有很强的理论 意义， 而 且具有很高 的 实践价值，因为实时 传输协议是支持多 媒体实时 数据在分组网 络上传输的关 键。目 前这个领域的 研究是国 内外的 热门 研究方向， 其应用也呈现爆炸似的增 长，并迅速渗透到人们的日常生活中。 第四节本文结 构安排 本文共分为六章。第一章介绍课题研究背景，意义和目的:第二章介绍了 我们实现的v o i p 系统， 包括: 硬 件平台、 嵌入式操作系统和软 件中 的 关键技术; 第三章详细 介绍 r t p 实时 传输 协议，重点 介绍和分析了r t p / r t c p 协 议的 使用 环境、分组 格式和功能，以 及r t p 协议中 服务质量的动态 监测等; 第四 章讨论 采用r t p 协议传 输实时 数据的关 键技术， 包括: 同步、 丢包修复 和拥 塞控制等; 第五章具体 介绍了r t p 协议在v o w系 统中的 设计与实现: 第六 章对本文的 工作 进行总结，并展望未来的研究方向。 第二章v o i d系统 第二章v o i p系统 第一节、 o i p 系统介绍 v o i p 又称 i p 电话或i p网 络电 话， 这种技 术通过对语音 信号进行编码数字 化、 压缩处理成压缩帧， 然 后转换为i p 数据 包在i p网 络上 进行传输， 从而达到 了在i p网络上进行语音通信的目的。自从 1 9 9 5 年第一个 v o i p 软件问世以来， 基于i n t e rn e t 的网 络电 话业务 发展迅速。 现 在， v o i p 几乎可以 满足从简单的办公 室会议到复杂的多点会议等所有语音通信需要。其最大的优势是能广泛采用 i n t e m e t 和全球i p 互 连的 环境， 提供比传 统电 话 业务更多、 更好的 服务。图2 . 1 展示了在一个 v o i d系统中语音从主机 a到b传输的全过程。 v 区比 s o u r ce 尽voiceo!l 70 )j 一-a netswrlsk encoder(codec)i a !冲曰 母 互 了 p a 改 e h s e r d e - p a c k e ti s e r 图2 . 1 v o i p系统 根据 v o i d系统的功能， 我们设计的v o i p 终端包括: 语音的采集与回放处理， 编解码， 人机接口 和网 络接口 。 图2 .2 是v o i p 终端的功能 框图 ， b o o t l o a d e r 以 下 是 硬件部分， 上面是 软件部分。 其中， a r m子系统主要负责网络接口和人机接口， 并控制d s p的工作。 上 电后 会自 动执行 u - b o o t ， 并引 导 l i n u x内 核和根文件系统。由 于内 核中己包括 t c p / i p协议栈， 因此还需 要向 嵌入式a r m l i n u x 移植与v o i p 相关的应用层网络 协议。 d s p子系统主要负责语音的采集回放与编解码， 并通过i d ma方式与a r m 交 换数据，目 前开 发的 算法 包括g c 7 1 1 和g . 7 2 3 . 1 0 第 二章 v o l e系 统 dspbirf g.7ivg.733.1/l ri ig 车三之 c日、 嵋国母 。 。 二 图2 . 2 v o i p 终端系统结构和功能框图 下面我们分别就硬件平台， 嵌入式操作系统、 相关协议和软件实现的关键 技 术几个部分来具体介 绍v o i p 系统。 第二节硬件平台 图2 .3 给出了一 个典型的i p电 话系统框图， 从中 看出 它采用主从设 计方案 来增加设计的灵活性， 其核心部 分是mc u和d s p ， 然后加上 必要的存 储器和必 要的外设。 第二章v o i p系统 巍 network interlace(eonerowrl mcua _ uret 9 ime i conholler t eirr;ro ogic l r01iwas iracora r powermicrophone m9m1voke orc.unlcodec o rram a/d, d/aear piece core chi 以 名 h 朋 日 . 甲 如 馆 m a c s l 叩七 闽 二，日 h h e m e l 上 r a a 3 c 曲 o r -1 0 /r r 0 阂 彝 羹d s p 六0 已 的 ， 网 图2 . 3 i p p h o n e 参考设计 我们参考图2 . 3 所示的结构，在 a r m+ d s p的主从系统平台上实现 voip终 端。主 机采用f r e e s c a l e 公司的m c 9 3 2 8 m x 1 ， 其内 核是a r m 9 2 0 t ， 它是3 2 位 微处理 器，负 责系统的 管理、控 制以及 信令实现等。 协处 理器采 用 a d i 公司的 a d s p -2 1 8 9 m ， 它 是1 6 位 定 点d s p ， 最高 运 行 速 度 可 达8 0 m ip s 。 它 是 一 款 通 用 的数字信号处理器， 主要负责 系统的 语音处 理， 包括: 语音压缩编解码、回波 抵消以 及其它接口、 调度管理程 序。此 外， 还有必要的 外设， 如:以 太网 接口、 l c d,键盘、u a r t和 u s b等。 2 . 2 . 1 a r m子系统 a r m子系统的硬 件分为 两部分:一部分为 核心板， 它 提供了m c 9 3 2 8 m x 1 的最小系统、 音频接口 及扩展 连接线等 模块; 一部分为 扩展板， 它提供了用来 完成 各项不同 功能的 模块， 如: l c d 、网 络接口 、键盘、 u a r t 和u s b等。 核 心板与扩展板采用上下层插槽连接方式， 这样可根据需 要， 在使用同 一核心板 的前 提下， 用不同的 扩展板来完 成不同的 要求。 m c 9 3 2 8 m x 1 i 是 一 个3 2 位r i s c 微 处 理 器， 核 心 是 包 含 有a r m 9 内 核 、 m m u 以 及 c a c h e( 由 1 6 k b指令 c a c h e及 1 6 k b数据 c a c h e 组成)的 一个 a r m9 2 0 t 处理单元。 它具有 3 2 mb s d r a m( 最大可扩至 1 2 8 mb ) 和 8 mb f l a s h ( 最大可扩至 3 2 mb )的存储空间。 mc 9 3 2 8 m x 1 需要两 路电 压输入， 一 路为1 . 8 v用 于c p u核心电 路; 一路为 3 .3 v用于c p u存储 及 阳 接口 电路。 通过 动态编程， c p u 操作时 钟可 最高工作 第二章v o i p系统 于2 0 0 m h z , s d r a m操作时钟可 最高工作于 i o o m h z 。 图2 . 4 是m c 9 3 2 8 m x i 的 功能框图。 m x l 的 简化版是n m ， 第二 代是m x 2 1 a 图2 .4 系统原理框图 2 .2 . 2 d s p 子系统 d s p子系统使用a d i 的e z - k i t开发板， 包括: a d s p - 2 1 8 9 m , a d 7 3 3 2 2 c o d e c , 5 1 2 k b f l as h 、串口、时钟和复位、电源, l e d指示灯、仿真器接口、扩 展接口 与跳线等。 图 2 . 5 是a d s p - 2 1 8 9 m e z - k i t的系统框图。 第二章v o l e系统 图2 . 5 a d s p - 2 1 8 9 m e z - k i t系统框图 a d s p - 2 1 8 9 m19 1 1i o 1 是一款 单片数字信号处理 器， 它是a d s p - 2 1 8 x系列d s p 中速度最快、片内 存储器容量最大的 一款芯片， 适合于语音处 理和一些控制应 用的场合。 a d s p - 2 1 8 9 m包含有 1 9 2 k b的内部r a m ， 被配置 成 3 2 k字 ( 每字 2 4 位)的 片内 程序 存储r a m和4 8 k字 ( 每 字 1 6 位) 的 片内 数据存储r a m, 片内程序存储空间 可以 存放程序也可以存放数 据。内部包含有算术逻辑单元 ( a l u ) . 乘加 单元 ( m a c ) 、 桶型移位寄 存器 ( s h i f t e r ) 、 两个独立的 数据地 址产生器、功能强大的 程 序序列产生器 和一 个 1 6 位定时 器. 图2 . 6 是a d s p - 2 1 0 。 系列d s p 的 基本 结构， 中间 是片内 存储器和外设， 最 右边是存储总线接口。图中两个虚线框中间是个o r ， 也就是这两个虚线框模块 是二选一的， 通过配置可以为 f u l l me m o r y mo d e或h o s t mo d e 。 我们的 系统中采用 h o s t mo d e 方式与 a r m 处理器接口。 第二 章 v o 1 p 系统 i p o w e r - d o w n i i c o n t r ol f u l l m em or y m o de ，t-j曰1.闷1.f=ilf当|吮|1闷wej .-子ipu工-邹胡u一ee庄下10二-不幻u工-旧m共-二 阵叶门以叮日林评印亡叮钊日以讨日日已 dat a a dd re s s ge ne rat o rs p r ogram s e口j e目 ce p dag 1 1 旧 a g 2 memory az graii data01cry memory32k . 48kit24m b 16 bit p rog a八期memor y人 dd ress 一t. i data m e m ory address i program 6 1 e mo r丫 dat 几 a ri t hmetic u nits a l u m a c i s h ， 二 川se rial po r ts 困 i tim e rsp or t o s po rt i i a dsp - 21 0 0 ba s e ar chi t e c tu r e host m o de 图2 . 6 a d s p - 2 1 8 9 m功能 框图 d s p 平台 上的a d和d a器件是非常重要的 部分， a d完成模拟信号到 1 6 位线性p c m的模 数转换， d a完成1 6 位线性p c m到 模拟信号的数模转换。我 们 的 系 统中 采 用 的 是a n a lo g d e v ic e 公 司 的a d 7 3 3 2 2 1111 ， 片内 集 成 了2 通 道1 6 位a d转换器和2 通道1 6 位d a转 换。 它具有可编程 输入输出 采样率，最大采 样率可以 达到6 4 k s a m p l e s / s ， 可编程输入输出 增益、 单 供电 电压( + 2 .7 v 十 5 . 5 v ) , 还有灵活的串 行口 ， 便于与标准d s p引 擎 ( 比 如a d s p 2 1 8 9 m)的 连接。 2 . 2 .3 a r m与d s p 主从接口的设计 在v o i p 系统中， a d s p - 2 1 8 9 m负责完成语音 处理功能， 它将压缩的语音包 递交给 m c 9 3 2 8 m x i ，由 m c 9 3 2 8 m x 1 控制网卡芯片将语音包发出去，同 时 mc 9 3 2 8 m x i 将 从网 卡收到的语 音压缩包传送 给a d s p - 2 1 8 9 m进行处理。 可见， mc 9 3 2 8 m x i 和a d s p - 2 1 8 9 m之间需要有一个数 据通道进行 通信，相互 传递语 音包。 a d s p - 2 1 8 9 m 的i d ma部件为 a d s p - 2 1 8 9 m与主机相连提供了很大方便。 这种设计的 通信 发起方都是 a r m， 它用于通信的主 动权，利 用 d s p的idm a 接口， 只需要先 给出 每次 传输的 起始地址 ( d s p 内 部存 储器的 起始地址) ， 然后 依次在 数据总 线上送出 ( 读取) 数据， 每传 输一次， d s p自 动将内 部存储器地 址加一， 这样就可以 读写d s p 内 部的 一块连续 存储区。 第二章v o i p系统 图2 . 7 就是 充分利 用 a d s p - 2 1 8 9 m 的i d m a部件设 计的mc 9 3 2 8 m x i 与 a d s p - 2 1 8 9 m的接口原理框图。 图2 .7 主从接口连接 这个设计中m c 9 3 2 8 m x i ( 在本系统中以 后简称为a r m) 芯片的低 1 6 位数 据线与a d s p - 2 1 8 9 m ( 本系 统中以后简 称为d s p )的1 6 位i a d总线直接相连， 用于传送i d m a的 起始地址 和数据， 用片 选信号# c s 5 做i d m a的片选# i s . a r m 的片选# c s 5 控制地址范围为0 x 1 6 0 0 0 0 0 0 -o x 1 6 f f f f f f ，我们只分配 两个地址 0 x 1 6 0 0 0 0 0 0 和 0 x 1 6 0 0 0 0 0 2 。 地址 0 x 1 6 0 0 0 0 0 2 相当于ds p的i d ma起 始地址寄存器的地址， 而地址 0 x 1 6 0 0 0 0 0 0 就相当于d s p的内部存储区的一个窗 口 ， d s p的内 部存 储区都是 通过它被a r m访问 的。 当a r m向地址0 x 1 6 0 0 0 0 0 2 处写 1 6 位数据时， 这个数 据就被d s p作为i d m a起始地址 锁存到相应的寄存 器中;当a r m向 地址0 x 1 6 0 0 0 0 0 0 处写 数据时， d s p 就将数据总线上的数据存 储到内部存储器中，a r m 从地址 0 x 1 6 0 0 0 0 0 0处读数据时，d s p就将内部存储 器中相应的数据放 到数 据总线上供a r m读取。 图 2 . 7中的最下面的四根信号是 a r m 和 d s p之间进行信息交换的握手信 号， f l o 和f l 1 是d s p 用来通知a r m的 信号， 而i r q 2 和i r q e则是a r m用 来通知d s p 的 信号， 这四根信号可以 使软件 设计更加灵活。 第二 章 v o i p 系统 图2 . 8 给出使用这种连接方案a r m 与d s p进行数据交换的流程图. 图2 . 8 a r ”与d s p 进行 一次数 据交换的流 程图 第三节嵌入式操作系统 2 .3 .1 嵌入 式 操作系 统概述 随着微处理器的 产生， 价格 低廉、 结构小巧的 c p u 和 外设连接提供了 稳定 可 靠的硬件架构，限制嵌入式系统发展的瓶颈就突出表现在了操作系统方面。嵌 入式操作系统并不是简单嵌入的 操作系统，它与 通常意 义上的操作系统 有一定 的区别。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、 硬件资源的分配、调 度工 作，控制协调并发活动， 它必须体 现所在系统的 特征，能 够通过装卸某些模 块 来达到系统所要求的功能。 第二章 v o l p 系 统 尽管从八十 年代末开始，陆续出 现了 一些嵌入 式操作 系统，比较著名的有 v x w o r k , p s o s , n e c u le u s 和w in d o w s c e . 但 这 些 专 用 操 作 系 统 都 是 商 业 化 产 品，其高昂的价格使许多生产低端产品的小公司望而却步，而且，源代码的封 闭性也大大限 制了开发 者的积极性。 此外， 对于上 层应用开发者而言，嵌入式 系统需要的 是一 套高 度简练、界面友善、 质量可 靠、 应用 广泛、易开发、多任 务，并且价格低廉的操作系统。l i n u x正以其价格低廉、功能强大、易于移植、 成熟、 开放等优点被 广泛采用，成为 新兴的 力 量。 如今， 业界已 经达成共识: 即嵌入式l i n u x 是 大势所趋， 其巨 大的 市场 潜力与酝 酿的无限 商机必然会吸引众 多的厂商进入这一领域。 目前主要流行两种嵌入式 l i n u x :一种是被移植到不带存储管理单元 mm u 的 微处 理器上的u c l i n u x ; 另一种是被移植到 带有存 储管 理单元mm u的微处理 器上的a r ml i n u x 。 我们的平台采用的是有mmu的微处理器核 a r m9 2 0 t d m1 . 因此我们采用的是 a n n l i n u x ，内核版本为2 .4 . 1 8 0 2 . 3 . 2 开发移植嵌入式l i n u x的流程 开发移植嵌入 式l i n u x 是一项非常 复杂的 工作， 千头万绪， 但大部分的工作 都是围 绕下面这 三个关键步 骤来 进行的: . 精简内核 . 系统启动 . 驱动程序 开发嵌入式l i n u x 是一项艰难的工作， 在开发的 过程中 可以 充分利用网 上的 已 有资 源， 经过适当的修改使其能在自己 的 硬件平台 上运行起来。 下面结 合我 们的工作给出 基本流程，以 提供一个整体的 思路。 1 、建立交叉编 译环境 通常在 p c( 一般为 x %体 系结构) 上编 译生成的 代码都只能在x 8 6 体系结 构 的平台上运行， 因此我们要在 p c 上编译生 成能 在a r m 平台 上运行的程序就需 要 有一套工具软件 交叉编译平台，通过 这套工具软件能够生 成在a r m 平台 上 运行的 程序。 建立交叉编译环境是开发移植嵌 入式 l i n u x 的第一步。 对于l i n u x 下的 a r m 开发 环境来说，最重 要的部分是交 叉编译器， 其次 是一个标准的 c 库。 目 前 a r m l i n u x 的常用 库是g l i b c 库， u c l i n u x 多 用u c l i b c 库. 我们有两种方法建立一个a r m交叉编译器， 一是自己下载a r m交叉编译器 第二章v o i p系统 源码， 然后重新编译，安装， 这个是非 常复 杂的过程，而且不敢保证 可靠性; 还有一种方法就是通过将别人己 经做 好的 交叉编译软件包拿来解压、安装到自 己的机器上即 可， 这种方法充分 看出 l i n u x 开源特性的好处，有很多 人在维护 l i n u x 开发这一 整套东西， 而且每个 人将自 己的 成果 拿出来与大家共享、 评测。 我们采用的a r m交叉开发编译环境是e l d k， 版本号是3 . 3 . 3 ， 它是德国一个 小组维护的，经过使用测试，这套交叉编译环境使用非常方便，同时也可以避 免由 于开发环境 版本较低引 起的问 题。 2 、调试 b o o t l o a d e r b o o t l o a d e r 是 用来加载启动l i n u x 内 核的程序， 只有 b o o t l o a d e r 工作了， 才 能够 进行内 核的 移植调试。 我们使用的 是 u b o o t ， 它是能同时 支持多 款 a r m , p p e , m ip s 等m c u的 启 动引 导 程 序 ， 功 能 强 大 ， 灵 活 方 便， 有 很多 人 在 维 护， 更新 很快， 它也是开 源代码。 我们 在u b o o t 的网站上下载当 时的最 新版本u - b o o t - 2 0 0 4 - 0 8 - 1 8 - 2 0 0 0 ， 它已 经 包含了对m c 9 3 2 8 m x 1 这款c p u的支持， 在进行 移植时只需要修改 下面的四 个 部分: . fl a s h . 网卡驱动 . 配置文件 . 初始化 在 完 成 了u b o o t 的 配 置 和一 些 代 码 的 修 改 1 2之 后， 就可以 进 行 编 译， 然 后 将 生成的u b o o t . b i n 文件烧写到 fl a s h中。 3 、添加修改驱动程序，编译内核 这一步的 主要工作是在编译之 前修改内 核的存储映射、中断管理 等， 如果 需要添加某种设 备， 还要保证相应 驱动程序的 正确， 其实 这才是移植内 核最难 最有技术含量的工作。 4 、挂载文 件系统 如果要运行应用程序，必须要建立文件系统。首先将制作好的文件系统下 载至t a r g e t 的 地址 0 9 c 0 0 0 0 0 处， 然后执 行下载内 核、启动内 核的步骤， 带有 文 件系统的内核就正常启动了。嵌入式 l i n u x支持很多种的文件系统，常用的有 c r a m f s , j ff s 2 等，同时 也支持n f s 。目 前，我 们的 系统己 经可以 挂载c r a r n f s 文 件 系统， n f s 和j ff s 2 正 在移植中。 第二章 v o i p 系 统 第四节 v o i d 软件中的 关键技术 2 . 4 . 1 v o l e 协议栈 v o i p协议栈 包括三个部分: 信令、网关 控制和媒体流传输。 其中网 关控制 部 分只用于网 关中，其余两个部 分可以 包 含在v o i d 终端中， 本节主要 介绍这两 个部分的相 关协议。 在我们的v o i p 系统中， 我们采用了 信令协议 s i p ( s e s s i o n i n it i a t i o n p r o t o c o l ) 和流媒体协议r t p / r t c p ， 下面我们具体来介绍这 两个协议。 2 . 4 . 1 . 1 s i p 协议 s ip 协 议 1 3 1是 ie t f 针 对 v o id 这 种 i n t e r n e t 上 的 多 媒 体通 信 应 用提 出 的 新 的 信 令控制协议标准，可实现会话的发起、建立和释放，并支持单播、多播和移动 性。s i p 是 应用层 控制协议，可以 采用不同的 传输层协议。 s i p 协议类似 于超文本传输协 议h t t p ， 采 用文 本的消息 格式， 并继承了 很多 h t t p 的 性质。 因此与现有的 i n t e rn e t 协议结合比 较紧密， 且具有简洁、 灵活、 易 于实 现和扩 展的 特性，目 前已 经有 越来 越多的厂 商开始 支持s i p 协议。 s i p 主要支 持的多 媒体功能 有: 用户定 位 ( u s e r l o c a t i o n ) ， 确定通信终 端系 统的 位置; 用户能力 判断 ( u s e r c a p a b i l i t y ) ， 确定通信所能 使用的 媒体 类型 及媒 体参 数: 用 户可用性判断 ( u s e r a v a i l a b i l i t y ) ，确定被叫方是否愿意加入 通信; 呼叫 建立 ( c a l l s e t u p ) ，在主叫和 被叫 之间建 立约定的、 支持特定媒体流 传输的 连接; 呼叫 处理 ( c a l l h a n d l i n g ) ， 包括呼 叫修改 和呼叫终 止等处 理。 s i p 系统采用客户机服 务器 ( c l i e n t / s e r v e r )的工作方式， 包括两类组件: 用户代理 ( u s e r a g e n t )和网 络服务 器 ( n e t w o r k s e r v e r ) . 用户 代理又 称为 s i p 终端， 是 s i p 系统中 的 最终用户， 根据它们在 会话中 扮演 的角色不同， 又可以 分为 用户代 理客户 机 ( u a c ) 和用户代理服务 器 ( u a s ) 两种。 前者 用于 发起呼叫请求， 后者用于响 应呼叫请求。网 络服务器主要为用 户代理 提供注 册、 认证、路由 服务， 分为 代理服务器 ( p r o x y s e r v e r ) 、 重定向服 务器 ( r e d i r e c t s e r v e r ) 以及注册 服务器 ( r e g i s t e r s e r v e r ) . 代理服务 器是一 个中 间元素， 它既是 一个客户机又是 一个服务 器. 它提供路由 功能， 负责将 s i p 用户 请求 和响 应转 发到相应的下 一跳。 重定向 服务器提供地址解析服务， 通 常将s i p 呼叫的目的地址映射成0 个或多个新地址。注册服务器用来完成对u a s 的登录。 在s i p 系统的网元中，所有u a s 都要在某个登录服务器中登录，以便u a c 可以通 第二章v o i p系统 过 服务器找 到它们。 此外， 在s i p 中 还经常提到定 位服务 器 ( l o c a t i o n s e r v e r ) ， 它提供定位服务， 作 用是帮 助s i p 重定向 和代理 服务器获 得被叫 方的可能位置信息， 但是定位服务 器并不属于s i p 服务器的范畴。 s i p 协议的消息分 请求和响应 两类，其中 请求消息由 客户机发 往服务器，响 应消息由 服务器发往客户机. . 请求 ( r e q u e s t ) r f c 3 2 6 1 共定义t6 个请求方法， i n v i t e , a c k , c a n c e l , o p t i o n s , b y e和r e g i s t e r . i n v i t e , a c k , c a n c e l 用于建立会话连接， b y e 用于 终结会话连接， o p t i o ns 用于查询服务器能力，r e g i s t e r 消息用于发送注册 请求信息。 . 响 应 ( r e s p o n s e ) 协 议共定 义了 6 类响 应状态码，其中 状态码的 第1 位数字 用于指示响应 类型， 后两位 数字表 示具体响 应。 协议规定 状态码为，11 1 0 0 - 1 9 9 ” 之间的响 应用“ i x x 进行标 识， 2 0 0 - 2 9 9 ” 之间的响 应用 “ 2 x x ” 进行标识，依此 类推。 i x x : 临时响应，表示请求消息正在 被处理。 2 x x : 成功响应，表示请求已 被成功 接收， 完全理 解并被接受. 3 x x :重定向响应，表示需采取进一步以完成该请求。 4 x x : 客户机 错误， 表示请求 消息中 包 含语法错误信息或服务 器无法完成 客 户机请求。 5 x x : 服务 器错误， 表示服 务器无法完 成合 法请求。 6 x x : 全局故 障， 表示任何 服务器无法 完成该请求。 2 .4 . 1 . 2 r t p / r t c p协议 从i n t e r n e t 上获取音频和视频等连 续媒体数 据的 技术被称为流媒体 技术， 该 技术支持多媒体数据流的实时下载和回放。流媒体技术的实现离不开新型网络 协议的 支持， r t p / r t c p 协议是 流媒体技 术的 核 心， 具有举足 轻重的 作用。 其中 r t p 协议负责 数据传输， r t c p 协议提 供数据 传输质量反 馈。 r t p是 实时 传输协议， 它通过在接 收端恢复 乱序分组的 顺序以 及对网 络延 时和抖 动进行补 偿来同步媒体 流。 但是r t p 并不保证服务质量， 而是 通过 一个 控制协 议 r t c p来 对网络传输质 量进行监测. 在一个会话中的所有参 与者 通过 第二章v o l e系统 周期性的发 送r t c p控制分组来 提供 q o s 反 馈和与会话信息。 关于r t p / r t c p 协议我们将在后面的章节中详细介绍。 2 . 4 . 2 语音处理的关键技术 2 . 4 .2 . 1 语音编码 语音 编码是v o i p 中 一项非常关键的技 术，语音编码技 术的初 衷就是尽可能 使用高效的编码方案，从而尽可能减少带宽， 这样就能降低话费成本。但是这 是一个互相矛盾的要求，语音编码压缩比越高占用的网络带宽越小，但是话音 质量也越差， 还好网 络带宽的大小并不是和 话音质量 成线性