VoIP语音卡在路由器中的使用及硬件规划

摘要：介绍了VoIP语音卡在路由器中的运用，详细描述了一款运用于路由器的语音卡的硬件结构及其作业方法。

关键词：VoIP PCI FXS 路由器 语音紧缩

１ ＶｏＩＰ在路由器中的运用

近年来，ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）给通讯商场带来了强壮的冲击。ＩＰ语音事务推出后，因为其在通话费用上比传统电话具有杰出的优势，因而受到了广泛欢迎。ＶｏＩＰ技能在路由器中运用，可以大大节约有多个部分在不同当地作业的企业或组织的电话费用。图１为一个ＶｏＩＰ路由器在公安分局与派出所间运用的计划。

派出所网点的路由器ＤＣＲ－２５０１Ｖ和ＤＣＲ－２５０９Ｖ运用ＦＲ（帧中继）或ＤＤＮ线路同分局的ＤＣＲ－３６６０完结互连，各网点的计算机可经过路由器衔接分局的局域网或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，完结数据通讯；一同，ＤＣＲ－２５０１Ｖ或ＤＣＲ－２５０９Ｖ经过ＦＸＳ语音端口衔接一般电话机，分局路由器经过Ｅ＆Ｍ接口和ＰＢＸ衔接，这样既可以完结内部各部分间的数据通讯，一同还可进行零费用的语音通话。

ＶｏＩＰ在费用上出现巨大优势的原因在于其使用了计算机通讯的分组化、数字化传输技能，先对语音数据依照必定的语音紧缩规范进行紧缩编码处理，然后把这些数据按ＩＰ相关协议打包，再将数据包经过ＩＰ网络传输到接纳端，接纳端将这些以不同次序抵达的数据包按其自身次序串起来，并经过解码解压康复出本来的语音信号。与传统的语音事务比较，ＶｏＩＰ在时间推迟、话音质量等方面存在缺点。可以选用一些先进的协议如资源预留协议（ＲＳＶＰ）和不同类型服务（Ｄｉｆｆｓｅｒｖ）等计划来尽可能的优化语音数据包的传输，以削减传输推迟和拥塞。

现在，ＶｏＩＰ的规范首要有世界电信联盟技能部（ＩＴＵ－Ｔ）主张的Ｈ．３２３体系和ＩＥＴＦ主张的会话建议协议（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＳＩＰ）体系两种。前者首要在电信网络上完结多媒体事务制定，技能已趋老练。后者根据动态的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ形式建网，是根据软交换技能的面向网络会议和电话的简略信令协议。在我国，首要选用Ｈ．３２３技能规范来完结ＶｏＩＰ，在Ｈ．３２３系列规范中，音频紧缩编码规范有Ｇ．７１１、Ｇ．７２２、Ｇ．７２３和Ｇ７２９等。

本文将介绍一种现已运用于路由器产品中的ＶｏＩＰ语音卡的硬件规划和作业原理。

２ ＶｏＩＰ语音卡硬件结构

该语音卡根据ＡｕｄｉｏＣｏｄｅｓ公司的ＶｏＰＰ（Ｖｏｉｃｅ Ｏｖｅｒ Ｐａｃｋｅｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，即语音包处理器）ＡＣ４８３０２规划，选用ＰＣＩ接口界面，可供给两个ＦＸＳ（Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）语音／传真接口，可以便利灵敏地运用于本公司开发的系列路由器中，完结ＶｏＩＰ功用。其硬件结构框图如图２所示，以下介绍各部分硬件的原理和效果。

２．１ ＰＣＩ接口

路由器主板与语音卡之间经过ＰＣＩ总线衔接，便于通用。选用了ＰＣＩ接口芯片ＰＬＸ９０３０完结语音卡本地总线（ＨＰＩ）与ＰＣＩ总线之间的转化。因为语音卡上数据流量不大，不需要使用如ＤＭＡ方法主意向路由器主板上的Ｍｅｍｏｒｙ空间传递数据。因而，语音卡作业于ＰＣＩ的从形式方法，ＡＣ４８３０２经过中止方法接纳或发送语音数据，ＰＣＩ总线的数据宽度和速度为３２位／３３ＭＨｚ。

２．２ ＣＰＬＤ部分

ＡＣ４８３０２选用８位并行的主处理器接口ＨＰＩ与外部ＣＰＵ（即路由器ＣＰＵ）进行数据交换。在本规划中，ＨＰＩ接口与ＰＬＸ９０３０的本地总线接口时序稍有不同，经过ＣＰＬＤ进行调整。别的，路由器ＣＰＵ还可经过ＣＰＬＤ操控ＣＯＤＥＣ和ＳＬＩＣ芯片。

２．３ ＡＣ４８３０２芯片

ＡＣ４８３０２是ＡｕｄｉｏＣｏｄｅｓ公司推出的一款低功耗、低价格的双通道语音包处理器，其内部集成了一个ＤＳＰ内核。该芯片的首要特性如下：

·支撑两个通道的语音紧缩编码，语音紧缩规范包括Ｇ．７２９Ａ、Ｇ．７２３．１、Ｇ．７２７、Ｇ．７２６、Ｇ．７１１。

·兼容Ｔ．３８或ＦＲＦ．１１传真中继（２．４～１４．４ｋｂｐｓ）。

·呼叫ＩＤ发生和检测，呼叫进程和用户界说语音的检测和发生。

·兼容Ｇ．１６８的２５ｍｓ回声消除。

·高性能的有用语音检测（ＶＡＤ）和舒适噪声发生（ＣＮＧ）。

·ＤＴＭＦ检测和发生。

·Ａ律／μ律可选的Ｃｏｄｅｃ接口，具有输入输出增益操控。

·ＰＣＭ Ｈｉｇｈｗａｙ接口。

·并行的主处理器接口（ＨＰＩ）。

ＡＣ４８３０２各部分硬件接口如图３所示。

图4 AC48302 HPI存储器的映射联系

２．３．１ 语音接口（Ｖｏｉｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）

语音接口供给未紧缩的语音、传真数据的输入输出通道。语音接口对外供给四根信号线构成ＰＣＭ总线，直接衔接外部ＣＯＤＥＣ芯片的ＰＣＭ Ｈｉｇｈｗａｙ。这四根信号线为ＰＣＭＩＮ、ＰＣＭＯＵＴ、ＰＣＭＣＬＫ、ＰＣＭＦＳ。ＰＣＭＩＮ输入从ＣＯＤＥＣ送来的ＰＣＭ信号，ＡＣ４８３０２内部的ＤＳＰ依照相应规范（如Ｇ．７２９）紧缩后从ＨＰＩ口交给路由器ＣＰＵ转发。ＰＣＭＯＵＴ则相反，ＡＣ４８３０２将路由器ＣＰＵ送来的语音数据依照适宜的规范解紧缩，然后从ＰＣＭＯＵＴ口送到外部ＣＯＤＥＣ，ＣＯＤＥＣ经过数／模转化后康复成语音信号?熏经过用户接口送给用户端。ＰＣＭＣＬＫ供给２．０４８ＭＨｚ的比特同步时钟，而ＰＣＭＦＳ供给８ｋＨｚ的帧同步时钟。

２．３．２ ＨＰＩ接口

在本规划中，路由器ＣＰＵ与ＡＣ４８３０２经过ＨＰＩ口进行通讯。路由器ＣＰＵ和ＤＳＰ经过ＡＣ４８３０２的片内同享的双口存储器完结数据交互。片内同享存储器的映射联系见图４。

ＨＰＩ接口包括１根８位数据总线和几根操控总线。路由器ＣＰＵ经过三个寄存器（ＨＰＩＣ、ＨＰＩＡ和ＨＰＩＤ）操控ＡＣ４８３０２及拜访片内存储空间。ＨＰＩＣ为操控寄存器，用来挑选ＡＣ４８３０２的凹凸字节次序、发生和接纳中止。ＨＰＩＡ为地址寄存器，用来寻址片内的２Ｋ存储空间。ＨＰＩＤ为数据寄存器，用来缓存每次读写的两个字节数据，外部ＣＰＵ可以单个Ｗｏｒｄ或块数据方法拜访ＨＰＩＤ，当以块数据方法拜访时，ＨＰＩＡ寄存器主动累加，这样可以削减外部ＣＰＵ写ＨＰＩＡ寄存器的开支。ＡＣ４８３０２的内部寄存器和存储器为１６位宽度，因而外部ＣＰＵ每次拜访ＡＣ４８３０２有必要以两个字节为基本单位，信号线ＨＩ／ＬＯ用来挑选凹凸字节，信号ＨＲＳ１、ＨＲＳ０指示当时拜访的是哪个寄存器。

除了以上两个重要的接口外，ＡＣ４８３０２内部还包括一个ＰＣＭ时钟发生器、一个用于测验的ＪＴＡＧ接口以及一个用于拜访外部ＳＲＡＭ及处理信道辅佐信令的Ｍｅｍｏｒｙ＆Ｉ／Ｏ接口。

２．４ ＣＯＤＥＣ接口芯片

ＣＯＤＥＣ芯片担任对ＤＳＰ解紧缩后送来的ＰＣＭ数据进行解码，并将滤波后的模仿语音信号送到用户线接口芯片ＳＬＩＣ，ＳＬＩＣ对其进行２－４线转化后送给用户端；一同，ＣＯＤＥＣ还担任将ＳＬＩＣ送来的模仿语音信号进行ＰＣＭ编码，然后送到ＤＳＰ芯片进行紧缩处理。

本规划中，ＣＯＤＥＣ芯片选用ＩＤＴ公司的４通道ＰＣＭ编解码芯片ＩＤＴ８２１０３４。该芯片具有可编程增益设置、主时钟可选（２．０４８ＭＨｚ、４．０９６ＭＨｚ和８．１９２ＭＨｚ）、最大可支撑１２８个可编程时隙、Ａ律／μ律可选、内置数字滤波器、串行操控接口、低功耗等特色。本规划中选用主时钟为２．０４８ＭＨｚ（Ｅ１帧形式），可划分为３２个持平的时隙（Ｓｌｏｔ０～Ｓｌｏｔ３１），４个通道的接纳和发送时隙可经过向串行操控口写入操控字进行动态挑选。各时隙的方位都以８ｋＨｚ的帧同步时钟信号为参阅，在ＩＤＴ８２１０３４中，时隙０相对帧同步脉冲的方位有推迟形式和非推迟形式（图６即为非推迟形式）。

ＰＣＭ主时钟（ＢＣＬＫ）、帧同步时钟（ＦＳ）、接纳数据（ＤＲ）和发送数据（ＤＸ）一同构成ＰＣＭ Ｈｉｇｈｗａｙ信号，与ＡＣ４８３０２进行衔接。ＢＣＬＫ与ＦＳ别离对应ＡＣ４８３０２的ＰＣＭＣＬＫ和ＰＣＭＦＳ，这两个时钟信号都由ＡＣ４８３０２ 发生；ＤＲ和ＤＸ别离对应ＡＣ４８３０２的ＰＣＭＯＵＴ和ＰＣＭＩＮ。ＰＣＭ Ｈｉｇｈｗａｙ信号时序以及时隙与帧同步信号的联系别离如图５、图６所示。为了ＣＯＤＥＣ与ＤＳＰ芯片间正确收发数据，一般挑选ＣＯＤＥＣ芯片在ＢＣＬＫ的上升沿发送数据ＤＸ，下降沿采样数据ＤＲ，而在另一端的ＡＣ４８３０２，则在时钟下降沿采样ＰＣＭＩＮ，上升沿发送ＰＣＭＯＵＴ。

２．５ 用户线接口（ＳＬＩＣ）芯片

规划中为了使语音卡可以供给ＦＸＳ接口功用，选用了爱立信公司的新式ＳＬＩＣ芯片ＰＢＬ８３７１０衔接用户接口。在该芯片内部可以发生高电压铃流信号及供给主动电池馈电切换，具有环流振铃和地键检测功用及２－４线转化功用。该芯片将许多传统的振铃继电器、铃流发生器等器材集成在一个片内，节约了印制板空间和本钱。

３ ＶｏＩＰ语音卡硬件驱动流程

硬件驱动程序首要完结以下功用：

（１）初始化ＰＬＸ９０３０芯片，装备相关寄存器，挑选本地总线作业方法。

（２）初始化ＡＣ４８３０２芯片，发动ＡＣ４８３０２内部的ＤＳＰ内核到正常作业状况。ＡＣ４８３０２的发动过程按次序分为以下几步：核代码（Ｋｅｒｎｅｌ）下载；程序代码（Ｐｒｏｇｒａｍ）下载；初始化形式；发动运转。

（３）驱动语音卡的正常操作。接纳处理摘挂机中止，将ＳＬＩＣ置于正确状况；装备ＣＯＤＥＣ芯片的各通道收发数据时隙以及ＣＯＤＥＣ芯片的增益操控；接纳处理ＡＣ４８３０２数据包处理中止，ＡＣ４８３０２每处理完一个语音数据包就经过中止方法告诉路由器ＣＰＵ读取当时Ｂｕｆｆｅｒ中的数据或向Ｂｕｆｆｅｒ写入下一个数据包。

本文选用的是ＦＸＳ接口，只要对ＣＯＤＥＣ后边部分电路稍加改动即可完结ＦＸＯ或Ｅ＆Ｍ接口功用。现在，该语音卡计划在路由器产品中已获广泛选用。