为VoIP解决方案选择处理器

随着VoIP在企业语音通信市场中继续取代模拟电话，该技术也在住宅环境和中小型企业（SMB）中迅速采用。VoIP的优势 - 例如使用廉价数字媒体的多线路，功能丰富的语音通信系统和显着降低的通信速率 - 吸引大型企业，对小型消费者同样具有吸引力。对VoIP设备，手机，IP-PBX和网关的需求持续增长;对更高语音质量的要求正在成为一个非常明确的优先事项。市场反馈已经表明，如果VoIP意味着体验质量低于典型的POTS线路，主流客户不会转向VoIP。VoIP硬件开发人员面临的挑战是选择一个硅平台，提供性能和总BOM成本的正确组合，以便在竞争激烈的市场中提供成功的解决方案。VoIP系统中的中央处理器是设计中的关键组件，极大地影响了最终的语音质量、功能集和物料清单。这篇简短的论文从多个角度研究了VoIP硬件要求，以及选择有效方法时必须考虑的权衡。

VoIP 应用处理器要求

VoIP硬件产品开发人员面临的主要问题与功能集，语音质量，产品成本，开发工作和设计的可扩展性有关。开发一个通用的硬件/软件平台，可以利用多个不同产品的经验是一种理想的方法。但是，每个终端设备（IP 电话、IAD（集成接入设备）、住宅网关、IP-PBX）都有不同的要求。选择满足所有要求的处理器平台是一项挑战。大多数终端设备的生命周期也非常短，被具有新功能或不同功能的更新版本所取代，这使得这种方法具有更大的灵活性并适合快速设计技术。这将确保新产品的上市时间最小化。

下表说明了 VoIP 硬件平台的可用替代方案。所有这些方法都权衡了物料清单成本、设计灵活性、开发工作以及具有已知性能水平的产品上市时间和最终语音质量。

每种不同的方法都有优点和缺点，决策必须基于产品和市场优先级。基于微控制器的平台将为大多数嵌入式开发人员提供熟悉的低成本方法。微控制器提供友好的开发环境，通常成本低，并且可以轻松处理IP数据包处理。但是，微控制器并不是处理语音编码/解码和信号处理以增强语音质量（例如回声消除）的好选择。对于不断发展的VoIP产品来说，这是一个非常有限的平台。使用擅长处理数据流的 DSP 架构，语音处理要容易得多。因此，在设计中添加DSP非常有意义。这使得任务能够分配给最适合执行它们的处理器。这伴随着BOM的增加，不仅对于额外的处理器，而且对于任何内存和外围设备。多个芯片（无论是MCU加DSP，还是MCU加ASIC）将导致更高的BOM和更多的工程工作量。

	仅单片机	单片机和数字信号处理器	固定功能	托德	融合处理器
物料清单成本	非常好	Poor	非常好	非常好	非常好
功能灵活性	公平	非常好	Fair	Fair	非常好
开发工作/NRE	容易	难	简单/困难	非常困难	容易
上市时间	非常好	公平	非常好/差	Fair	非常好

专用的固定功能硬件是另一种肯定会对设计灵活性产生负面影响的方法。如果是定制芯片设计，NRE和上市时间会受到影响。如果是商用ASSP，则构建差异化产品的能力显然会受到影响。这种方法的另一个复杂程度是在单个芯片上构建/购买具有MCU和DSP内核的SoC。这将减少封装数量，但会降低灵活性，但确实提供了可编程性。MCU和DSP代码都可以根据目标应用进行定制。

我们讨论的最后一种方法是使用单个收敛处理器来处理控制逻辑和语音引擎。收敛处理器是指在独立DSP领域具有信号处理性能的单个处理器。 各种MCU制造商已经在MCU内核上集成了一些信号处理功能，例如指令集扩展和MAC单元，但这种方法缺乏能够处理高级语音质量增强的高性能信号处理所需的基本架构基础， 例如高性能声学回声消除和降噪。ADI公司的Blackfin处理器在信号和控制代码执行方面均具有高性能，因此符合收敛处理器标准。本文的其余部分将探讨这种方法，因为融合处理是实现VoIP硬件平台所有关键成功因素的明显领导者。®

Blackfin融合处理器架构针对媒体处理进行了优化

ADI公司的Blackfin单处理器系统架构具有任何RISC微控制器所没有的DSP特性，以及DSP上通常没有的重要微控制器特性。所有数据包处理和媒体处理都在同一处理器内核内处理，从而更有效地实施 IP 媒体处理解决方案。在前面介绍的MCU加DSP方法中，设计人员在实施VoIP解决方案时存在一个重要的瓶颈。数据必须在MCU和DSP子系统之间传输，这会导致延迟并增加系统开销。Blackfin处理器也是一种非常高性能的灵活处理引擎。所有Blackfin周期都可以分配用于执行控制代码处理或信号处理。没有独立的限制，例如在MCU加DSP设计中可以找到的限制。此外，Blackfin处理器是一种完全可编程的解决方案，消除了将系统设计人员锁定在固定编解码器或算法中的硬件块。添加或更改功能是软件更改，并且通过堆叠闪存或板载闪存选项大大简化了工作。Blackfin处理器具有许多面向解决方案的外设和接口，可减少开发工作量、复杂性和部件数量。10/100 以太网 MAC、多个 DMA 通道、LCD 接口、多个串行、并行和音频端口以及低功耗等特性都推动了解决方案的价值。

此外，业界领先的应用级、系统级和开发工具软件产品支持 Blackfin 处理器。来自Global IP Solutions的领先VoIP解决方案和开源Asterisk软件包针对Blackfin处理器进行了优化。ADI （VDK）、Unicoi （Fusion） 和 μClinux 的软件都支持具有系统级内核和中间件解决方案的 Blackfin 处理器。ADI（VisualDSP++软件）和开源GNU工具的开发工具可实现快速的代码开发和验证。ADI提供不同的选项，以满足客户对硬件和软件的设计要求，涵盖从独立软件组件到参考设计的范围，再到具有行业领先性能、功耗和价格的完整FOB产品。®

ADSP-BF516低功耗黑鳍金枪鱼处理器，内置面向VoIP的外设

ADSP-BF516提供高性能和400 MHz工作频率。它集成了关键外设，并与其他系统设备无缝连接，从而降低了BOM成本。ADSP-BF516的主要特性包括：

高达 400 MHz 的 Blackfin 内核和 116 kB L1 片上存储器，可提高处理高复杂度媒体算法的性能

带 DMA 的以太网 MAC，以更少的处理器开销提供网络连接

用于 IP 电话用户界面的 PPI/LCD 控制器

2 个串行端口 （SPORTS），用于连接到编解码器和 SLIC

1 个可移动存储接口 （RSI） 控制器，用于连接 IP-PBX 的 MMC、SD 和 CE-ATA 设备

多达 40 个 GPIO，用于 IP 电话键盘和 LED 控制

2 UART

2 个 SPI 接口

暮（I2C） 控制器®

8 个定时器

密码箱™安全技术/OTP 8 kB 用于安全和 IP 保护

ADSP-BF516低功耗黑鳍片处理器，具有面向VoIP的外设。

审核编辑：郭婷