（通信与信息系统专业论文）基于dsp的企业网络电话终端设计.pdf

学位论文的主要创新点 一、研制了一种基于计算机网络的电话通信系统中的企业网络电话终 端，提出了基于d s p 的网络电话终端设计方案，设计了其硬件电路， 采用c 语言编写了其软件，优化了g 7 2 9 语音压缩算法，实现了利用以 太网进行电话通信的功能。 二、制订了w m g c p 呼叫控制协议，实现了扩音呼叫功能，具有单呼、 群呼和全呼的三种呼叫方式。 摘要 目前，我国大多数企业采用独立运行的计算机网络、电话通信网、程控调度 系统等多种网络或系统，在网络建设和运行过程中需要大量的设备费、线路费、 维护和维修费，并且大量的布线给维修维护带来不便，对环境也造成影响。局域 计算机网络的传输速率可达1 0 0 0 m b i t s ，其丰富的带宽资源没有得到充分利用， 造成其资源的浪费。 本文研制了一种基于计算机网络的电话通信系统中的网络电话终端。提出了 基于d s p 的网络电话终端设计方案；以t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2d s p 为核心设计了网络 电话终端的硬件电路，主要包括主控制电路、逻辑接口电路、扩展存储器、p c m 编解码电路、以太网接口电路、单片机及其接口电路等；优化了g 7 2 9 语音压缩 算法，并在网络电话终端上实现了对语音信号的压缩；优化了m g c p 呼叫控制 协议，提出了w m g c p 呼叫控制协议，实现了扩音呼叫功能，具有单呼、群呼 和全呼三种呼叫方式；采用c 语言编写了网络电话终端的软件，以及基于u d p i p 协议栈的网络电话终端的通信软件，实现了基于w m g c p 协议的呼叫控制和电 话通信功能；设计了实验样机，并进行了实验，达到了设计要求。 该网络电话终端采用技术先进，性能好，成本低。由其组成的企业网络电话 通信系统具有扩音呼叫和电话对讲功能，以及单呼、群呼、全呼三种呼叫方式， 节省大量建设电话网络的设备费、线路费和工程费等费用，提高计算机网络资源 利用率。不仅可以应用于企业，还可以在教育、科技、电业、银行和公安系统等 方面推广应用，具有显著的经济效益和社会效益。 关键词：网络电话终端；d s p 芯片；语音压缩算法；呼叫控制协议 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h em a j o r i t yo fo u re n t e r p r i s e sh a sa d o p t e ds t a n d - a l o n ec o m p u t e r n e t w o r k ，t e l e p h o n ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，p r o g r a m c o n t r o l l e ds c h e d u l i n gs y s t e m a n do t h e rn e t w o r k so rs y s t e m s n e t w o r kc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o nr e q u i r e sal o to f e q u i p m e n tc o s t s ，l i n ec h a r g e s ，m a i n t e n a n c ea n dr e p a i rc o s t s ，a n dal a r g en u m b e ro f w i r e sw h i c hw i l lb ei n c o n v e n i e n c et ot h ee n v i r o n m e n t l o c a lc o m p u t e rn e t w o r kc a n r e a c ht ol0 0 0 m b i t s ，b u ti t sr i c hb a n d w i d t hr e s o u r c e sh a sn o tb e e nf u l l yu t i l i z e d ， w h i c hr e s u l t si nr e s o u r c e sw a s t e t h ea r t i c l e d e v e l o p s ai pp h o n et e r m i n a lt h a ti s b e l o n g t o t e l e p h o n e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mt h a ti sb a s e do nc o m p u t e rn e t w o r k p r o p o s e sd s p - b a s e d d e s i g np r o g r a m ；a r o u n dt m s 3 2 0 v c 5 4 0 2d s pd e s i g n st h e i pp h o n et e r m i n a l h a r d w a r ec i r c u i t ，w h i c hi n c l u d e sm a i nc o n t r o lc i r c u i t ，l o g i ci n t e r f a c ec i r c u i t ， e x t e n d e dm e m o r y , p c mc o d e cc i r c u i t ，e t h e m e ti n t e r f a c ec i r c u i t ，m i c r o c o n t r o l l e ra n d i t si n t e r f a c ec i r c u i ta n ds oo n ；p r o p o s e sa no p t i m i z e dc t 7 2 9v o i c ec o m p r e s s i o n a l g o r i t h m ，m a k i n gt h et e r m i n a la c h i e v et h ec o m p r e s s i o no fv o i c es i g n a l s ；o p t i m i z e s t h em g c pc a l lc o n t r o lp r o t o c o l ，p r o p o s e sw m g c pc a l lc o n t r o lp r o t o c o l ；u s e sc l a n g u a g et or e a l i z et h et e r m i n a ls o f t w a r ea sw e l la sc o m m u n i c a t i o ns o f t w a r eb a s e d o nt h eu d p i pp r o t o c o la n da c h i e v e st e l e p h o n ec o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n sb a s e do n w m g c pc a l lc o n t r o lp r o t o c o l ；c o m p l e t e de x p e r i m e n t a lp r o t o t y p e sa n dc o n d u c t e d t h e mi n t oe x p e r i m e n ta n dt h er e s u l ta c h i e v e dt h ed e s i g n r e q u i r e m e n t t h et e r m i n a lh a sa d v a n c e dt e c h n o l o g y , g o o dp e r f o r m a n c ea n dl o wc o s t w i t h t h e t e r m i n a l s ，t h ee n t e r p r i s e n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n s y s t e m c a nr e a l i z e s p e a k e r p h o n ec a l la n dp h o n ei n t e r c o mf u n c t i o n s ，a n dt h r e ew a y sc a l l i n gm e t h o d s 一- s i n g l ec a l l ，g r o u pc a l l ，a l lc a l l s a v e sal o to fe q u i p m e n tc o n s t r u c t i o nc o s t s ，l i n ef e e s a n de n g i n e e r i n gf e e s ，i m p r o v e st h ec o m p u t e rn e t w o r kr e s o u r c eu t i l i z a t i o n n o to n l y c a nb ea p p l i e dt oe n t e r p r i s e s ，b u ta l s ot oe d u c a t i o n ，s c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , e l e c t r i c a l i n d u s t r y , b a n ka n dp u b l i cs e c u r i t ys y s t e m s ，c a np r o m o t et h ea p p l i c a t i o no fs i g n i f i c a n t s p e e c hc o m p r e s s i o na l g o r i t h m ；c a l lc o n t r o l 目录 第一章绪论1 1 1 国内外网络电话通信现状1 1 2 研究的目的和意义1 1 3 课题的主要研究内容2 第二章企业网络电话通信系统及网络电话终端设计方案3 2 1 企业网络电话通信系统设计方案3 2 2 网络电话终端设计方案5 第三章网络电话终端硬件设计9 3 1 主控制电路设计9 ：；1 1t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2d s p 9 3 1 2 主控制电路设计1 0 3 2 逻辑接口电路设计1 1 3 3 扩展存储器设计1 3 3 4p c m 编解码电路设计1 4 3 4 1p c m 编解码器1 4 3 4 2p c m 编解码电路设计15 3 4 3 扩音选择电路设计1 6 3 5 以太网接口电路设计1 7 3 6 单片机及其接口电路设计1 8 ：1 1 计2 1 3 7 电源设计2 2 3 8j t a g 接口电路设计2 3 第四章语音压缩算法和网络协议研究2 5 4 1g 7 2 9 语音压缩算法及其优化2 5 4 1 1g 7 2 9 语音压缩算法2 5 4 1 2g 7 2 9 语音压缩算法的优化2 7 4 2u d p i p 协议栈2 9 4 3m g c p 协议与w m g c p 协议3l 4 3 1m g c pl 办议31 4 3 2w m g c p 协议31 第五章网络电话终端软件设计3 9 5 1c c s 3 1 开发环境简介3 9 5 2 系统自举启动流程3 9 5 3 主程序与中断服务程序设计4 0 5 3 1 主程序设计4 0 5 3 2 中断服务程序设计4 0 5 4t l c 3 2 0 a d 5 0 c 驱动程序设计4 2 5 5 单片机程序设计4 3 5 6 单片机与d s p 的通信软件设计4 4 5 7u d p i p 协议栈设计4 4 5 8w m g c p 协议的实现4 5 第六章调试与试验4 7 6 1 网络电话终端调试4 7 6 2 网络电话通信系统测试4 8 第七章总结与展望5 1 参考文献5 3 发表论文和参加科研情况5 7 谢辞5 9 i i i 第一章绪论 1 1 国内外网络电话通信现状 目前，我国大多数企业采用独立运行的计算机网络、电话通信网、程控调度 系统、计算机监控系统、视频监控系统和安全报警系统等多种网络或系统。在矿 山、冶金、石油化工、煤炭、水泥、纺织、汽车、机电等大型工厂企业存在强噪 音、大范围的生产场合中还要使用具有扩音呼叫和电话对讲功能的电话通信系 统。但是这种系统需要大量的设备费、线路费、维护和维修费，并且大量的布线 给维修带来不便，对环境也产生影响，存在费用高、可靠性差、使用维修不方便 等缺点。随着计算机网络的普及，各企业都建有局域计算机网络，传输速率可达 1 0 0 0 m b i t s ，但是网络带宽并没有得到充分利用，造成了资源的浪费。与此同时， 随着数字信号处理技术的发展和各种高效率、高性能的音频及视频压缩编解码的 出现，使得语音和视频信号在以太网中的实时传输成为可能。 天津工业大学刘颖等曾针对以太网语音传输进行了深入的研究，研制了一 种基于f p g a 的网络电话终端。该终端以f p g a 为控制核心，以t c p i p 协议栈 为基础，将电话通信技术融入其中，充分利用了以太网高带宽的优势来传输电话 语音信号，是一种性价比相当高的局域网络电话终端【l 】。但是由于该终端实际上 是一部i a d ( 综合接入设备) ，所以必须要外接普通电话机才能通话，给用户使 用带来了不便，同时也难以避免- - 四线转换所产生的回音问题。 目前国外思科( c i s c o ) 公司有一种i p 电话通信系统，包括接入路由器、p o e 交换机、i p 电话机、语音卡、网关等部分。该系统通过将语音、视频和数据整 合为一个平台，使用户能够通过局域以太网进行语音通信、可视电话会议以及数 据交流等，但该系统设备繁多、安装维护过程复杂，且成本非常高，因此只适合 于少数大型企业使用，不适合我国国情，难以推广。 1 2 研究的目的和意义 本文的目的是研制一种基于d s p 的企业网络电话终端，该终端是采用以太 网技术、音频压缩技术、d s p 技术和软交换技术的一种扩音对讲电话通信系统的 主要组成设备。该终端应用了优化的g 7 2 9 压缩算法，在保证语音质量的同时具 有低编码速率，能够适应大话务量条件。该终端采用送受话分离，所以不存在二 四线的转换，因此避免了由此部分产生的回音；具有扩音呼叫和电话对讲功能， 天津1 ：业人学硕： 学位论文 既能够实现网内用户间通信，又能够通过中继网关实现网内与网外p s t n 用户通 信。扩音呼叫具有单呼、群呼、全呼三种呼叫方式，能够实现生产调度和广播找 人等；扩音与对讲功能配合使用可用来进行通信联络、设备工作数据汇报和电话 通信等。 由该终端组建的企业信息化网络或系统，成本低、性价比高，能够节约电话 费，节省大量的网络或系统设备费、线路费、维护维修费和工程费等费用，缩短 安装工程周期，提高计算机网络资源的利用率，适合我国国情【2 j 。利用以太网传 输数字语音信号，具有成本低、可靠性高、通话质量好、扩展灵活和使用维护方 便等优点。不仅可广泛应用于矿山、冶金、石油化工、煤炭、水泥、纺织、汽车、 机电企业等大型工厂企业存在强噪音、大范围的生产场合，还可以在银行系统、 电业系统、科技系统、教育系统和公安系统的电话通信及视频监控等方面推广应 用，提高生产管理水平和工作效率，具有显著的经济和社会效益。 1 3 课题的主要研究内容 本文拟研制基于d s p 的企业网络电话终端，具体内容包括如下几个方面： 1 、确定网络电话终端的整体设计方案； 2 、设计以d s p 为核心的网络电话终端硬件电路； 3 、优化g 7 2 9 压缩算法； 4 、优化m g c p 呼叫控制协议，制订w m g c p 呼叫控制协议，实现单呼、群 呼和全呼三种呼叫方式； 5 、开发基于u d p i p 协议栈的网络电话终端软件，实现优化的g 7 2 9 压缩算 法和w m g c p 协议； 6 、运行测试。 2 第二章企业网络电话通信系统及网络电话终端设计方案 第二章企业网络电话通信系统及网络电话终端设计方案 2 1 企业网络电话通信系统设计方案 企业网络电话通信系统由媒体网关控制器( m g c ) 、网络电话终端、媒体中 继网关( t m g ) 、网管计算机和以太网( l a n ) 组成，其组成框图如图2 1 所示。 m g c 网络电话 终端 网络电话 终端 图2 1 企业网络电话系统组成 将m g ( 媒体网关) 的功能在电话机中实现构成网络电话终端，在电话机中 就完成了电路交换与分组交换的转换，不需外接普通电话机，简化了系统结构， 同时避免了二四线转换引起的回声问题；媒体网关控制器m g c 内部包含了 w m g c p 服务器，它提供基本的呼叫控制业务；在网管计算机上运行网管软件， 负责电话通信系统的网络管理；t m g 负责和外部p s t n 电话网络对接。该系统 是采用软交换技术( n g n ) 的扩音对讲电话通信系统，呼叫控制协议为w m g c p 协议，即优化的m g c p ( 媒体网关控制) 协议，实现了业务与控制分离、控制与 承载分离以及承载与接入分离，形成全开放的完全分层体系结构【3 ，4 1 。本文只对 网络电话终端进行研究，所以m g c 、网管软件与t m g 不属于本文的主要内容。 系统的主要性能指标： 1 、供电电源：2 2 0 v ，5 0 h z ； 2 、容量：电话终端1 0 0 门、t m g 5 台、m g c l 台； 3 、工作环境： 环境温度：- 4 0 c 4 0 ； 3 天津i i ：业人学硕：t ：学位论文 相对湿度： 9 5 ( 2 5 ) ； 大气压力：8 6 10 6 k p a ； 环境噪音： 8 0 d b ( a ) ； 4 、网络接口：1 0 0 m 以太网接口； 5 、语音编解码标准：g 7 2 9 ； 6 、最大扩音功率：2 5 w 。 系统工作过程包括网内通话和通过t m g 实现网内与网外p s t n 用户通信网 间通话两部分，具体工作过程如下： 1 、网内通话 本系统网内电话间通信可以实现单呼、群呼、全呼的扩音呼叫。单呼指主叫 用户对一个指定的被叫用户进行的呼叫，它是通过主叫用户拨单呼号码实现的； 群呼指主叫用户对一组被叫用户进行的呼叫，它是通过主叫用户拨群呼号码实现 的；全呼指主叫用户对所有被叫用户进行的呼叫，它是通过主叫用户拨全呼号码 实现的。 ( 1 ) 单呼控制 主叫用户摘机，m g 向m g c 报告，m g c 通知m g 向主叫送出拨号音：主 叫用户拨号，m g 号码收齐后向m g c 报告；m g c 进行号码分析，如被叫用户 已经注册且处于空闲状态，则向被叫m g 发出连接命令，连接方式为“只接收”； m g c 收到被叫m g 的响应后，向主叫m g 发出连接命令，连接方式为“只发送”， 此时，主叫用户即可通过媒体端口向被叫用户发送语音；被叫用户摘机，被叫 m g 向m g c 报告，m g c 向主被叫双方m g 发送修改连接命令，连接方式为“发 送和接收”；通话完毕，任一方挂机，向m g c 报告，m g c 向挂机方发出删除连 接命令，并将其状态置为空闲；向另一方发出删除连接命令，并要求其送出忙音， 等其挂机后，将其状态也置为空闲；如果被叫处于扩音状态，主叫挂机，m g c 向双方发送删除连接命令，并将双方状态置为空闲。 ( 2 ) 群、全呼控制 将所有用户分组，每个终端所在的群组号在m g 向m g c 注册时提供给 m g c ；用户摘机呼出至向m g c 发送号码的过程，与单呼过程是一致的。只不过 全呼号码为9 0 0 ，群呼号码为9 0 l 一9 9 9 ；m g c 依次向属于该群组的用户( 如果 是全呼则向所有用户) 发送创建连接命令，连接方式为“只接收”；此时m g c 不 必等待所有被叫用户而只需得到其中的一个用户的应答就可以，向主叫发送创建 连接命令，连接方式为“只发送”；主叫用户使用广播分组发送语音数据，网络上 所有终端均接收这个分组，但只有处于被叫连接状态的终端才处理这个分组。 4 第二章企业网络电话通信系统及网络电话终端设计方案 2 、网间通话 ( 1 ) 拨打外线 内部主叫用户摘机，向m g c 报告，m g c 通知m g 向主叫用户送出拨号音； 主叫用户拨出局字冠0 ，m g c 寻找一个空闲t m g ，通知t m g 有用户呼出；t m g 将p s t n 用户线环路接通，主叫用户听二次拨号音；然后拨出p s t n 用户号码， 向m g c 报告；m g c 将呼出号码通知t m g ，由t m g 电路负责用d t m f 拨出； 被叫摘机后双方即可通话。 ( 2 ) 外线呼入 p s t n 用户拨打连在t m g 上的用户线号码，程控交换机向该用户振铃，网 关接收到振铃后，接通用户线环路，并向p s t n 用户播放语音提示；p s t n 拨打 i p 网内部号码，剩余处理过程与内部呼叫过程相同。 2 2 网络电话终端设计方案 网络电话终端是软交换、语音压缩、数字信号处理和嵌入式技术的综合应用 【5 ，6 ，7 1 。网络电话终端硬件由主控制电路、逻辑接口电路、扩展存储器、p c m 编 解码电路、以太网接口电路、单片机及其接口电路、j t a g 接口电路以及电源组 成，其硬件组成框图如图2 2 所示。 天津t ：业大学硕+ 学位论文 网络电话终端对实时性要求很高，单片机很难满足运行速度的要求，加之还 要运行语音压缩算法，所以在主控制电路中采用以高速运算见长的d s p 作为主 控制芯片；由于d s p 的i o 引脚较少，控制能力有限，在逻辑接口电路中采用 c p l d 实现d s p 对存储器和以太网接口的控制( 包括地址译码，网络接口复位 和中断等) 以及产生p c m 编解码器所需要的时钟，摘挂机信号也通过c p l d 送 至d s p ；由于d s p 的存储空间有限，需要对其进行存储器扩展，扩展存储器包 括s d r a m 和f l a s h ，s d r a m 主要用于存放程序运行需要的暂时性数据， f l a s h 主要用于存放程序和常数；p c m 编解码电路将话筒或免提传来的模拟语 音进行1 6 位p c m 编码，送往d s p 进行g 7 2 9 算法压缩，将由d s p 传来的经过 g 7 2 9 算法解压的1 6 位p c m 解码成模拟语音送至听筒或功放，它通过d s p 的 m c b s p 接口与d s p 相连；以太网接口电路接收广播数据帧和与自己m a c 地址 相匹配的数据帧，接收到有效数据帧后，通过c p l d 向d s p 发起中断，请求处 理数据；为了尽量不打断d s p 的高速运行，使用一块单片机来控制慢速器件l c d 和键盘，单片机及其与主控制电路、矩阵键盘、l c d 的接口组成单片机及其接 口电路；电源为整个硬件电路提供稳定可靠的电压；j t a g 接口电路包括d s p 、 c p l d 和单片机的j t a g 接口。 采用c 语言编写网络电话终端软件，软件由底层到高层包括硬件驱动程序、 语音压缩算法程序、u d p i p 协议栈、单片机与d s p 通信协议和w m g c p 协议。 网络电话终端软件组成如图2 3 所示。 w m g c p 协议 尊 u d p i p 协议栈、 i 单片机与d s p f 1 通信协议 语音压缩算法程序 e 硬件驱动程序 图2 3 网络电话终端软件组成 硬件驱动程序驱动各个硬件电路实现自身功能；使用语音压缩算法，可以降 低每路话音所占的带宽，使得在同样的带宽内能够传输更多路话音，进一步提高 6 第二章企业网络电话通信系统及网络电话终端设计方案 带宽利用率，g 7 2 9 语音是网络电话中常用到语音压缩算法，和其他语音压缩算 法相比，该算法占用带宽更小，但是该算法复杂度相对较高，占用c p u 时间较 多，所以对其进行了优化，提高了其运行效率；通过u d p i p 协议栈实现m g 之 间语音数据的传输或m g 与m g c 之间控制数据的传输，单片机根据d s p 与单 片机问通信协议，将收到的号码发送至d s p 或根据d s p 要求在l c d 上显示内 容；w m g c p 协议用以实现单呼、群呼和全呼的呼叫控制功能，该协议是对m g c p 协议的优化。 网络电话终端的工作过程： d s p 通过以太网接口触发的中断接收以太网帧，根据u d p i p 协议栈提取i p 包，解析得到来自m g c 的控制数据或来自目标终端的语音数据。如果是m g c 的通知请求、创建连接、修改连接、删除连接等控制数据，则d s p 按照w m g c p 协议处理，如果是目标终端的语音数据，则按照g 7 2 9 算法解压，再经过p c m 编解码器d a 转换成模拟语音信号通过听筒或功放扩音发送给用户； d s p 将从话筒或免提得到的用户语音模拟信号通过p c m 编解码器进行a d 转换成为p c m 编码并经过g 7 2 9 压缩，再根据u d p i p 协议栈最终封装成以太网 帧发送到目标终端，将注册、通知等控制数据直接根据u d p i p 协议栈封装成i p 包经以太网接口发送到m g c 。 单片机接收用户所拨的号码并送往d s p ，由d s p 判断是单呼、群呼、全呼、 一键通还是设置本机信息，并进行相应的处理。整个通话过程中目标终端的摘挂 机状态和本机通话状态将通过单片机控制的l c d 显示。 7 天津l ：业人学硕十学位论文 8 第二章网络电话终端硬件设计 第三章网络电话终端硬件设计 3 1 主控制电路设计 网络电话终端要求处理器具有速度快和实时性强的特点，同时综合考虑成 本、复杂度及灵活性，最终选用t i 公司生产的t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 作为硬件电路的 主控制芯片来完成对整个电路的控制协调工作和算法的执行，该芯片是语音处理 的主流芯片，并且有很多资料可供参考。 3 1 1t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2d s p 德州仪器( t i ) 公司推出的c 5 0 0 0 系列d s p 是专门针对实时信号处理而设计 的，具有指令灵活、可操作性强、速度快以及支持并行运算和c 语言等特点， 是性价比较高的一类d s p ，在通信设备中得到了广泛的应用。该系列主要用于功 耗低、便携式的无线通信终端产品。目前主流的c 5 4 x 采用改进的哈佛结构，并 集成有丰富的硬件逻辑和外部接口资源，具有较高的性能，及较低的成本和体积。 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 是从属于t m s 3 2 0 c 5 4 x 系列的d s p 芯片。该芯片最高运算 速度为1 0 0 m i p s ，其内核电压为1 8 v ，i o 端口电压3 3 v 。t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 的 基本结构包括c p u 、存储器以及片内外设与三部分。c p u 主要包括算术逻辑单 元( a l u ) 、累加器( a c c ) 、乘累加单元( m a c ) 、移位寄存器和寻址单元等。存储 器包括片内r o m 、单向访问r a m 和双向访问r a m 。片内外设包括软件可编程 的等待状态发生器、并行i o 口、多通道串行缓冲接口、主机接口、直接内存访 问控制器、定时器、锁相环等。采用先进的多总线结构，有1 条程序总线和3 条 数据总线【8 , 9 , 1 0 】。t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 内部硬件结构如图3 1 所示。 图3 - 1t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 内部硬件结构 9 存储控制 界面 外设控制 界面 大津1 j 业人学硕十学位论文 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 内部的存储空间为1 9 2 k 字，分成3 个可选择的存储空间： 6 4 k 字的程序存储空间、6 4 k 字的数据存储空间和6 4 k 字的i o 空间。 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 片内定时器是一个软件可编程的定时器，可以用来周期性 地产生中断。定时器的最大分辨率为处理器的c p u 时钟频率。 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 支持两种方式的中断：一种是由程序指令( 1 n t r 、t r a p 或r e s e t ) 发起的软件中断，另一种是由外围设备发起的硬件中断。 3 1 2 主控制电路设计 主控制电路如图3 2 所示。 篷d 6 135it i ) 5 249 1 2 0 9 5 8 i d 5 8 | | | i ) ；i f ：= ： ) q il ：= ： i 列ln：= ： 【h f 1 ) 1 ：= ： 【瑚 1 ) 21：= i n i6 9 ：= ： 【姆i d j：= ： l a ( 1 ( f n n i n r 2 l n t l i n r 0 n l 坞 hr|tdwsi二耍igi熏lt、=l 噫圭一l 丽丝墼丝鉴审掣 1 1 噎迁i o v c 5 4 图3 - 2 主控制电路 m p m c 拉高，使d s p 工作在微处理器方式，d s p 可对扩展存储器寻址。 d s p 提供有三个m c b s p ，方案中只用了m c b s p l 以连接t l c 3 2 0 a d 5 0 c ，d s p 的x f 引脚和t l c 3 2 0 a d 5 0 c 的f c 引脚连接，用以启动t l c 3 2 0 a d 5 0 c 的二次 通信。 将2 0 m h z 无源晶振跨接在x 1 和x 2 c l k i n 引脚两端，使内部振荡器工作。 复位时的时钟初始状态由c l k m d l 、c l k m d 2 和c l k m d 3 决定，将这三个引 脚各自通过一个上拉电阻连接到电源，使初始时钟为2 分频方式，即实际工作时 钟为1 0 m h z ，这为从f l a s h 中加载代码完成引导带来了方便。复位完成后，用 软件方式重新设置时钟寄存器，使工作时钟倍频到所需频率，满足算法运行需要。 复位引脚与t p s 3 8 2 3 复位电路相连，兼具手动复位和看门狗复位。将不用 1 0 一一一一一一一 傲 = 张m =一睦 第二章网络电话终端硬件设计 - 。_ _ _ - _ - 一- _ - _ _ - 。_ _ 。_ _ _ _ _ - _ _ _ 一 的中断引脚以及b i o 接高电平，以免发生意外。h p i e n a 接高电平，h p i 使能， 瓦蕊接高电平，主机的数据线和地址线不复用。j t a g 接口和外部硬件仿真器 e p p x d s 5 1 0 用并口连接，和d s p 通过t m s 、t d o 、t d i 、t c l k 、t r s t 、e m u l 、 e m u 0 连接。 3 2 逻辑接口电路设计 采用c p l d ( c o m p l e xp r o g r a m a b l el o g i cd e v i c e ，复杂可编程逻辑器件) 来 完成d s p 的逻辑扩展，c p l d 具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短等优 剧 i 引。本文使用a l t e r a 公司的m a x i ie p m 2 4 0 t 1 0 0 c 5c p l d 。 c p l d 逻辑电路由分频电路、i o 扩展电路和地址译码电路组成。分频电路将 2 0 4 8 m h z 时钟分频为8 1 9 2 m h z 和0 6 2 5 h z 的时钟分别作为p c m 编码器的主时 钟和t p s 3 8 2 3 硬件看门狗的喂狗时钟。通过i o 扩展电路，d s p 可控制以太网 接口控制器、d s p 复位、检测本机用户摘挂机状态、选择免提或扩音、开启功放 供电等。i o 扩展电路原理图如图3 3 所示。 i 说；蕊；一一一 j 哆蹬。鱼。i 糨n p h t - 。 d s p 州4 qo s p l d - o u i l 7q d s p _ l ! ：o u r l 7q 。 f0 ：= i q ， c u 40 p 嚏r - 、 m aj t 0 s 吖s fa d d r l l 71 5 1 sa j ：；14 1 7 d s p _ r w s a d d r l l 61 4 1，、 p n7 3 型d 鳟p 0 s r 一a f t ? 。哟o s 。；0 s 吖o s g f g 0 a q hr - - 、仟r n刚7 2 p i n7 1一l 一 邸n p , ph a j 日 r n _ 9 5 x + d s p _ a 1 5 时尼 m7 0 m n rr s tr n i t ；w v r r s t 撇 n h a ”r 、w ) 2 o 一牺w d tr s t w o i o 眦“加鬯l p 煅 w d l r s t w d i d l t a l t r 一、w 跳 d s p r s t二= p n _ 4 2z g j c 亡31 n m p , tz g j c d s p r s t 一 n jt i a i t _ 、d s pr s t - _ 一 b , t j c r 。、 n a b j j c n e t _ r s t a i r a i t r 。_ 、k e tr s t l - ，w c w f 7m ，。- = o ：。一 p i n3 9 “翌鼋溉：扎 s w i 7o ln e t _ c s dt h i tr - - 、k c tr c k - - p i n3 0 u 一一 j b 、t p i t t 苎s 。螂d s p _ l d j n 7q n e tc m d p i n2 9 n e t _ w e 删，? 乩t 严_ 、# tw f p i n2 8 a | t a i tp 、h 行r n p n2 7 n e tr d l e d 1q 、ub ：一二：- p i n2 6 l e d 1q p i n2 1 t e s t r e g _ c s 7 p i n2 0r e l c $ p n1 9 图3 - 3i o 扩展电路原理图 对以太网接口控制器的控制逻辑如下： n e tc s _ d s pi o so r ( n o td s pa 1 5 ) ；网1 片的片选是低电平有效，所以 其地址为0 x 8 0 0 0 。 n e tc m d = d s pl a ( o ) ；在a 0 = 0 时访问i n d e x 端口，在a = i 时访问 d a t a 端口，所以网片的i n d e x 端口地址为0 x 8 0 0 0 ，d a t a 端口的地址为0 x 8 0 0 1 。 n e t r d - d s p i o so r ( n o td s p _ r w ) ； n e a n e ( - d s pi o s o rd s pr w ； 天津i ：业人学硕十学位论文 地址译码电路完成对扩展存储器进行片选和页选。扩展存储器地址分配方 案：s d r a m 的低1 2 8 k 映射为d s p 的程序空间，实际使用的地址范围是 o x 0 4 0 0 0 0 x 0 f f f f ，对应的程序空间地址范围是0 x 4 0 0 0 0 x f f f f ；s d r a m 的高 1 2 8 k 映射为d s p 的数据空间，分为8 个1 6 k 的块，通过c p l d 中的寄存器sr e g 的低三位来选择，对应的数据空间地址范围是0 x 4 0 0 0 0 x 7 f f f ；f l a s h 的容量 共2 5 6 k ，分为8 个3 2 k 的块，通过c p l d 中的寄存器fy e g 的低三位来选择， 对应的数据空间的地址范围是0 x 8 0 0 0 o x f f f f ；f l a s h 的所有内容全部映射为 数据空间，第0 块固定用于用户代码的加载。地址译码电路原理图如图3 4 所示。 ；砸妊蕊一一! d s 吖1 ( 1 5 川 d s p 陌 d s p d $ d s pr w d s p 瞧 fa d o r l l 7 堋 s a d d r 1 61 q 二唑一j 图3 _ 4 地址译码电路原理图 、f h a e l 71 5 1 土譬二仁 $ _ m a of1 q 盥三一鼢r 。阿丽 凰 三母积f 一历n 卅i 顷 一j 如s r a mc e f 商目司! 生! ! 氲亡e 于商f 席碑 一一一寓引 m n8 4 f i n6 6 r n6 2 存储器片选逻辑如下： d s pz t s _ h a ( 1 7d o w n t o1 4 ) = ”0 0 ”d s p _ - h a ( 1 5d o w n t o1 4 ) ； s r a mc e = o ；f l a s hc s s _ h a ( 1 7d o w n t o1 4 ) - ”0 0 ”d s p _ h a ( 1 5d o w n t o1 4 ) ； s r a m c e = o ；f l a s h c s sh a ( 1 7d o w n t o1 4 ) - 1 & sa d d r ( 1 6d o w n t o1 4 ) ： s r a mc e _ 0 ；f l a s hc s fh a ( 1 7d o w n t o1 5 ) = fa d d r ( 1 7d o w n t o 1 5 ) ； s r a mc e - 1 ：f l a s hc s s r a mc e = 1 ；f l a s hc s _ l ；当d s pz t 为其他值 时，s d r a m 与f l a s h 均不被选中 1 2 婀怔邮让 7 7 m m 洲h 粉赫蒜 f s 罩焉 第三章网络电话终端硬件设计 s d r a m 与f l a s h 的读写逻辑是一样的： m e m w e = d s p m s o rd s pr w ； m e m r d = d s p m so r ( n o td s p _ r w ) ； 对于f l a s h 和s d r a m 的页选通过在c p l d 中定义的页择控制寄存器来进 行，页选择寄存器定义和选择逻辑如下： f r e g ：f l a s h 页选择寄存器 p r o c e s s ( f _ c o n ，d s p l d i n ，d s p _ r w , s y s r s t ) b e g i n i f s y sr s t = 0t h e n 系统复位，则数据清零 f _ t e m p ( 2d o w n t o0 ) = ”0 0 0 ”； e l s i f ( ( f c o n - t 0 ) a n d ( d s p _ r w - 1 0 ) ) t h e n f - t e m p ( 2d o w n t o0 ) - d s p l d _ i n ( 2d o w n t oo ) ； e n d i f ； e n dp r o c e s s ； f _ n d d r ( 1 7d o