无线VoIP系统IP通话功能实现

 

　　本文将VoIP和WLAN(Wireless LAN)结合到一起，在MIPS(Microprocessor without Interlocked PipelineStages)架构的处理器ADM5120上实现了在无线局域网内进行IP通话的功能。系统以终端的形式进行通信，可移动性强。

　　1 系统硬件的设计

　　1.1 硬件的整体架构

　　系统硬件的整体架构设计如图1所示。系统硬件主要由五部分组成：ADM5120主处理器部分、通话控制部分、无线子卡部分、存储部分和外设连接部分。通话控制部分采用Infineon公司语音芯片VINETIC-2CPE，Version 2.1(PEB3322)为子处理器，外接A/D，D/A转换功能的用户接口电路SLIC-DC PEB4268，与存储部分一起构成语音实时处理骨架;无线子卡部分采用Atheros公司的WMIA-165G 802.11g Mini PCI模块，并用Madwifi驱动无线子卡;存储部分使用2块SDRAM存储器和1块NOR FLASH存储器;外设连接部分包括一个WAN口和四个LAN口、Mini-PCI接口、输出模拟电话信号的RJ-11接口，以及用于调试的RS 232串口。

　　

 

　　1.2 ADM5120主处理器

　　德国Infineon公司的ADM5120是一款基于哈佛体系结构的SoC(片上系统)的嵌入式处理器，具有5级流水线，并使用了32位MIPS指令集。同时ADM5120还是一款典型的寄存器型微处理器，其配置了32个通用寄存器和一对存储64位数据的寄存器Hi和Lo以及异常PC寄存器，其中Hi和Lo寄存器用于存放定点乘法的结果。ADM5120中还内置了32/16位MIPS32 4KEC处理器，其采用TLB(TranslationLookaside Buffer)实现了内存管理和流水线中的异常处理功能，并使用冯·诺依曼结构在内存和寄存器之间传输数据，提高了数据的传输效率，加快了程序的执行速度。另外，ADM5120还集成了多种外围部件，主要有：PCI(Peripheral Component Interconnect)总线接口，5个100 Mb/s的以太网接口，并且还配置了ADM5120内置的PHY芯片，内嵌了16 MB/85 MHzSDRAM存储器，给系统设计提供了很大的方便。

　　在本系统中，微控制器接口(非缓冲接口)与VINETIC，FALSH-RAM，SDRAM并行连接，并分别使用8 B，16 B，32 B的总线宽度。ADM5120通过微控制器接口控制与之相连的VINETIC并将语音数据从WLAN接口传给VINETIC，反之亦然。ADM5120的通用输入/输出端口GPIOs控制VINETIC的复位信号并为VINETIC生成片选信号，同时GPIOs还作为VINETIC准备功能和中断信号的输入。而连接到ADM5120的LED指示灯显示WAN口和LAN口连接状态以及模拟输出接口的模拟线路状态。

　　1.3 VINETIC语音模块

　　VINETIC(Voice and Internet EnhanceTelephony Interface Circuit)是Infineon公司的一款语音处理模块，它将编解码器和语音处理功能集成在一起，能达到与传统语音服务相同的语音质量。VINETIC处理模拟电话信号，语音压缩包，并提供实时压缩包的缓冲，具有自适应回声抵消，静音检测，DTMF信号产生、译码等功能。

　　VINETIC芯片的主接口电路如图2所示。其中4和5为片选输入端;AD0～AD7：双向的输入/输出信号，相应的引脚有3种运行状态：低电平、高电平或高阻抗，当CSQ为高电平时，DOUT呈高阻状态，此时需要外接10 kΩ的上拉电阻;28和29输出数字电平，漏极开路，相应的引脚有2种运行状态：低电平有效或三态，并允许多个设备共享为线或。芯片供电电路部分：66外接锁相环路，此锁相环重要地影响到芯片的总性能，因此应特别注意对锁相环供电的滤波器;64将锁相环接地。

　　

 

　　1.4 存储模块

　　系统存储模块包括1块NOR FLASH芯片MX29LV320和2块SDRAM芯片W986432DH。MX29LV320的引脚分布如图3所示。

　　

 

　　其中A0～A20：地址输入;DQ0～DQ14：数据输入/输出;DQ15/A-1：DQ15(按字模式进行数据的输入/输出)，A-1(按字节模式进行最低有效位地址输入);CE：切片启动输入;WE：写启动输入;OE：输出启动输入;RESET：硬件重启引脚，低电平有效;RY/BY：读/忙输出，连接到主处理器ADM5120的RDY引脚以提高速度。

　　W986432DH的引脚分布如图4所示。其中A0～A10：地址引脚;BS0和BS1：存储体选择;DQ0～DQ31：数据输入/输出的复用引脚;RAS：行地址选通;CAS：列地址选通;WE：允许写入，命令输入，当在RAS时钟上升沿取样时，CAS和WE确定操作将被执行;DQM0～DQM3：输入/输出掩码，当DQM在读周期高电平采样时输出缓冲区置于高阻抗(2个时延)，而在写周期采样将零时延地阻止写操作;CLK：在时钟上升沿抽样输入;CKE：时钟启动，当CKE为低时，进入掉电模式、暂停模式或自我充电模式。

　　2 系统软件的设计与实现

　　系统软件设计的整体架构如图5所示，其在无线局域网内实现了基于ADM5120的UDP方式点对点通讯和广播通讯。UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)主要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。众多的客户/服务器模式的网络应用例如网络视频会议系统等都需要使用UDP协议。UDP协议直接位于IP(网际协议)协议的顶层，属于网络协议中的传输层协议。由于UDP协议不需建立连接，具有效率高、速度快和占用资源少等优点，应用于消息通信和实时系统中可以提高系统传输数据的效率。UDP具有组播和广播功能，是分发信息的一个理想协议。本系统还移植了一种基于ADM5120的嵌入式Web服务器boa，实现了对VoIP系统进行基于B/S方式的Web配置。

　　

 

　　2.1 点对点通讯的实现

　　在本系统中，在一个网段内的任意两个应用程序之间可以进行全双工通信，每个应用程序既可做为服务器又可做为客户端。其UDP编程步骤如图6所示，以下是两个应用程序A和B之间进行点对点通讯的具体实现过程：

　　

 

　　(1)双方分别建立socket，调用socket函数：

　　s=socket(PF_INET，SOCK_DGRAM，0)

　　SOCK_DGRAM表示套接字类型为数据报套接字，即采用UDP协议进行通信。

　　(2)绑定已设置好的自己的地址和端口信息，调用bind函数：

　　bind(s，(struct sockaddr*)&my_addr，sizeof(structsockaddr))

　　(3)将select函数置于阻塞状态，直到监视文件描述符集合rfds中某个文件描述符发生变化为止：

　　select(pCtrl->rwd+1，&rfds，IFX_NULL，IFX_NULL，NULL)

　　(4)数据传输：sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方式下进行数据传输。由于本地socket并没有与远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址。如图6所示，A作为发送方，通过其套接字用函数sendto()将其服务请求数据发送到接收方B的指定端口，B通过其套接字用函数recvfrom()接收数据，处理好服务请求后又将服务应答发回A，此时A便成了接收方，A接收应答后还可继续发送数据给B。

　　2.2 广播通讯的实现

　　广播和多播都用于实现向多个接收者发送UDP数据报，但是广播不像多播那样在接收端有复杂的控制过程，因而实现比多播简单的多。以下广播通讯的实现均在点对点通讯的基础上实现的。

　　在发送方，只需要设置套接字socket的选项为允许发送广播，然后在发送时指定目的IP为广播地址即可。具体地，允许socket广播通过setsockopt函数设置广播选项来实现，当setsockopt参数optname为SO_BROADCAST时，表示打开或禁止从该socket广播，当参数optval为1时允许广播，为0时禁止广播。

　　系统编程实现广播的部分源码为：

　　int bBroadcast=1：

　　setsockopt(pCtrl-->nAdminSocket，SOL_SOCKET，SO_BROADCAST，&bBroadcast，sizeof(bBroadcast));

　　setsockopt(pConn-->nUsedSocket，SOL_SOCKET，SO_BROADCAST，&bBroadcast，sizeof(bBroadcast));

　　tO_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(WIRLESS_IP_BROADCAST);

　　/*WIRLESS_IP_BROADCAST为广播地址，其值是将网络接口(本系统为ath0)IP地址的主机ID部分设置为全1，网络ID部分不变而得到*/

　　tO_addr.sin_family=AF_INET;

　　据文献[7]所讲，在接收方，一般不需做任何改动即可收到广播。但在本系统实现的实验过程中，当将socket绑定到非INADDR_ANY的IP地址时，接收方无法收到广播，并且没有任何错误指示，即需要绑定本地端口地址到通配地址INADDR_ANY才可接收广播：

　　my_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);

　　另外，本系统还实现了广播强插功能，即不管用户当前处于摘机、拨号状态，还是处于通话状态，当有广播来电时，都断开原来的连接而与广播主叫建立新的连接(用户不用挂机)。为了防止通话混乱，本系统设定同一时刻只有拥有广播控制权的用户有发言权，而其他用户能听不能说，当其他用户想发言时，只要按下“*”键就抢到了广播控制权，最后只有当拥有广播控制权的用户挂机时，广播才停止，而任一其他用户挂机，不影响广播通讯继续进行。

　　系统编程实现广播强插的部分源码见表1和表2。

　　

 

　　

 

　　3 结 语

　　该系统设计完成后，成功地应用于常德市某一电厂，进行生产调度，系统能实现点对点通讯和广播通讯，并且通话质量良好，基本无杂音和抖动。

　　本系统因自带无线网卡可以自组织网络，它可以作为一种无线指令调度机被应用到通信蔽塞的工厂，另外还可外接喇叭自动接听电话，机器操作员不用停下手中的工作就可照指令进行相应的操作。另外，本系统应用可拓展性好，如：系统可通过PCM通道进行FXO连接从而实现与传统PSTN互通(见图1);在本系统上移植SIP协议栈便可实现与WIFI手机互通;将本系统整合到Ad Hoc网络中，基于Ad Ioc网络的各类移动终端设备便可应运而生，因此本系统具有广阔的市场前景。