摘要：介紹了VoIP語音卡在路由器中的應用，詳細描述了一款應用于路由器的語音卡的硬件結構及其工作方式。

    關鍵詞：VoIP PCI FXS 路由器 語音壓縮

１ ＶｏＩＰ在路由器中的應用

近年來，ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）給通信市場帶來了強大的沖擊。ＩＰ語音業務推出后，由于其在通話費用上比傳統電話具有突出的優勢，因而受到了廣泛歡迎。ＶｏＩＰ技術在路由器中應用，可以大大節省有多個部門在不同地方辦公的企業或機構的電話費用。圖１為一個ＶｏＩＰ路由器在公安分局與派出所間應用的方案。

派出所網點的路由器ＤＣＲ－２５０１Ｖ和ＤＣＲ－２５０９Ｖ使用ＦＲ（幀中繼）或ＤＤＮ線路同分局的ＤＣＲ－３６６０實現互連，各網點的計算機可通過路由器連接分局的局域網或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，實現數據通信；同時，ＤＣＲ－２５０１Ｖ或ＤＣＲ－２５０９Ｖ通過ＦＸＳ語音端口連接普通電話機，分局路由器通過Ｅ＆Ｍ接口和ＰＢＸ連接，這樣既可以實現內部各部門間的數據通信，同時還可進行零費用的語音通話。

    ＶｏＩＰ在費用上呈現巨大優勢的原因在于其利用了計算機通訊的分組化、數字化傳輸技術，先對語音數據按照一定的語音壓縮標準進行壓縮編碼處理，然后把這些數據按ＩＰ相關協議打包，再將數據包通過ＩＰ網絡傳輸到接收端，接收端將這些以不同順序到達的數據包按其本身順序串起來，并經過解碼解壓恢復出原來的語音信號。與傳統的語音業務相比，ＶｏＩＰ在時間延遲、話音質量等方面存在缺陷?？梢圆捎靡恍┫冗M的協議如資源預留協議（ＲＳＶＰ）和不同類型服務（Ｄｉｆｆｓｅｒｖ）等方案來盡可能的優化語音數據包的傳輸，以減少傳輸延遲和擁塞。

目前，ＶｏＩＰ的標準主要有國際電信聯盟技術部（ＩＴＵ－Ｔ）建議的Ｈ．３２３系統和ＩＥＴＦ建議的會話發起協議（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＳＩＰ）系統兩種。前者主要在電信網絡上實現多媒體業務制訂，技術已趨成熟。后者基于動態的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ模式建網，是基于軟交換技術的面向網絡會議和電話的簡單信令協議。在我國，主要選用Ｈ．３２３技術標準來實現ＶｏＩＰ，在Ｈ．３２３系列標準中，音頻壓縮編碼標準有Ｇ．７１１、Ｇ．７２２、Ｇ．７２３和Ｇ７２９等。

本文將介紹一種已經應用于路由器產品中的ＶｏＩＰ語音卡的硬件設計和工作原理。

２ ＶｏＩＰ語音卡硬件結構

該語音卡基于ＡｕｄｉｏＣｏｄｅｓ公司的ＶｏＰＰ（Ｖｏｉｃｅ Ｏｖｅｒ Ｐａｃｋｅｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，即語音包處理器）ＡＣ４８３０２設計，采用ＰＣＩ接口界面，可提供兩個ＦＸＳ（Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）語音／傳真接口，可以方便靈活地應用于本公司開發的系列路由器中，實現ＶｏＩＰ功能。其硬件結構框圖如圖２所示，以下介紹各部分硬件的原理和作用。

２．１ ＰＣＩ接口

路由器主板與語音卡之間通過ＰＣＩ總線連接，便于通用。采用了ＰＣＩ接口芯片ＰＬＸ９０３０實現語音卡本地總線（ＨＰＩ）與ＰＣＩ總線之間的轉換。由于語音卡上數據流量不大，不需要利用如ＤＭＡ方式主動向路由器主板上的Ｍｅｍｏｒｙ空間傳遞數據。因此，語音卡工作于ＰＣＩ的從模式方式，ＡＣ４８３０２通過中斷方式接收或發送語音數據，ＰＣＩ總線的數據寬度和速度為３２位／３３ＭＨｚ。

２．２ ＣＰＬＤ部分

ＡＣ４８３０２采用８位并行的主處理器接口ＨＰＩ與外部ＣＰＵ（即路由器ＣＰＵ）進行數據交換。在本設計中，ＨＰＩ接口與ＰＬＸ９０３０的本地總線接口時序稍有差別，經過ＣＰＬＤ進行調整。另外，路由器ＣＰＵ還可通過ＣＰＬＤ控制ＣＯＤＥＣ和ＳＬＩＣ芯片。

    ２．３ ＡＣ４８３０２芯片

ＡＣ４８３０２是ＡｕｄｉｏＣｏｄｅｓ公司推出的一款低功耗、低價格的雙通道語音包處理器，其內部集成了一個ＤＳＰ內核。該芯片的主要特性如下：

·支持兩個通道的語音壓縮編碼，語音壓縮標準包括Ｇ．７２９Ａ、Ｇ．７２３．１、Ｇ．７２７、Ｇ．７２６、Ｇ．７１１。

·兼容Ｔ．３８或ＦＲＦ．１１傳真中繼（２．４～１４．４ｋｂｐｓ）。

·呼叫ＩＤ產生和檢測，呼叫進程和用戶定義語音的檢測和產生。

·兼容Ｇ．１６８的２５ｍｓ回聲消除。

·高性能的有效語音檢測（ＶＡＤ）和舒適噪聲產生（ＣＮＧ）。

·ＤＴＭＦ檢測和產生。

·Ａ律／μ律可選的Ｃｏｄｅｃ接口，具有輸入輸出增益控制。

·ＰＣＭ Ｈｉｇｈｗａｙ接口。

·并行的主處理器接口（ＨＰＩ）。

ＡＣ４８３０２各部分硬件接口如圖３所示。

圖4 AC48302 HPI存儲器的映射關系

    ２．３．１ 語音接口（Ｖｏｉｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）

語音接口提供未壓縮的語音、傳真數據的輸入輸出通道。語音接口對外提供四根信號線構成ＰＣＭ總線，直接連接外部ＣＯＤＥＣ芯片的ＰＣＭ Ｈｉｇｈｗａｙ。這四根信號線為ＰＣＭＩＮ、ＰＣＭＯＵＴ、ＰＣＭＣＬＫ、ＰＣＭＦＳ。ＰＣＭＩＮ輸入從ＣＯＤＥＣ送來的ＰＣＭ信號，ＡＣ４８３０２內部的ＤＳＰ按照相應標準（如Ｇ．７２９）壓縮后從ＨＰＩ口交給路由器ＣＰＵ轉發。ＰＣＭＯＵＴ則相反，ＡＣ４８３０２將路由器ＣＰＵ送來的語音數據按照合適的標準解壓縮，然后從ＰＣＭＯＵＴ口送到外部ＣＯＤＥＣ，ＣＯＤＥＣ經過數／模轉換后恢復成語音信號?熏通過用戶接口送給用戶端。ＰＣＭＣＬＫ提供２．０４８ＭＨｚ的比特同步時鐘，而ＰＣＭＦＳ提供８ｋＨｚ的幀同步時鐘。

２．３．２ ＨＰＩ接口

在本設計中，路由器ＣＰＵ與ＡＣ４８３０２通過ＨＰＩ口進行通信。路由器ＣＰＵ和ＤＳＰ通過ＡＣ４８３０２的片內共享的雙口存儲器實現數據交互。片內共享存儲器的映射關系見圖４。

ＨＰＩ接口包括１根８位數據總線和幾根控制總線。路由器ＣＰＵ通過三個寄存器（ＨＰＩＣ、ＨＰＩＡ和ＨＰＩＤ）控制ＡＣ４８３０２及訪問片內存儲空間。ＨＰＩＣ為控制寄存器，用來選擇ＡＣ４８３０２的高低字節順序、產生和接收中斷。ＨＰＩＡ為地址寄存器，用來尋址片內的２Ｋ存儲空間。ＨＰＩＤ為數據寄存器，用來緩存每次讀寫的兩個字節數據，外部ＣＰＵ可以單個Ｗｏｒｄ或塊數據方式訪問ＨＰＩＤ，當以塊數據方式訪問時，ＨＰＩＡ寄存器自動累加，這樣可以減少外部ＣＰＵ寫ＨＰＩＡ寄存器的開銷。ＡＣ４８３０２的內部寄存器和存儲器為１６位寬度，因此外部ＣＰＵ每次訪問ＡＣ４８３０２必須以兩個字節為基本單位，信號線ＨＩ／ＬＯ用來選擇高低字節，信號ＨＲＳ１、ＨＲＳ０指示當前訪問的是哪個寄存器。

除了以上兩個重要的接口外，ＡＣ４８３０２內部還包含一個ＰＣＭ時鐘發生器、一個用于測試的ＪＴＡＧ接口以及一個用于訪問外部ＳＲＡＭ及處理信道輔助信令的Ｍｅｍｏｒｙ＆Ｉ／Ｏ接口。

２．４ ＣＯＤＥＣ接口芯片

ＣＯＤＥＣ芯片負責對ＤＳＰ解壓縮后送來的ＰＣＭ數據進行解碼，并將濾波后的模擬語音信號送到用戶線接口芯片ＳＬＩＣ，ＳＬＩＣ對其進行２－４線轉換后送給用戶端；同時，ＣＯＤＥＣ還負責將ＳＬＩＣ送來的模擬語音信號進行ＰＣＭ編碼，然后送到ＤＳＰ芯片進行壓縮處理。

本設計中，ＣＯＤＥＣ芯片采用ＩＤＴ公司的４通道ＰＣＭ編解碼芯片ＩＤＴ８２１０３４。該芯片具有可編程增益設置、主時鐘可選（２．０４８ＭＨｚ、４．０９６ＭＨｚ和８．１９２ＭＨｚ）、最大可支持１２８個可編程時隙、Ａ律／μ律可選、內置數字濾波器、串行控制接口、低功耗等特點。本設計中選用主時鐘為２．０４８ＭＨｚ（Ｅ１幀模式），可劃分為３２個相等的時隙（Ｓｌｏｔ０～Ｓｌｏｔ３１），４個通道的接收和發送時隙可通過向串行控制口寫入控制字進行動態選擇。各時隙的位置都以８ｋＨｚ的幀同步時鐘信號為參考，在ＩＤＴ８２１０３４中，時隙０相對幀同步脈沖的位置有延遲模式和非延遲模式（圖６即為非延遲模式）。

ＰＣＭ主時鐘（ＢＣＬＫ）、幀同步時鐘（ＦＳ）、接收數據（ＤＲ）和發送數據（ＤＸ）一起構成ＰＣＭ Ｈｉｇｈｗａｙ信號，與ＡＣ４８３０２進行連接。ＢＣＬＫ與ＦＳ分別對應ＡＣ４８３０２的ＰＣＭＣＬＫ和ＰＣＭＦＳ，這兩個時鐘信號都由ＡＣ４８３０２ 產生；ＤＲ和ＤＸ分別對應ＡＣ４８３０２的ＰＣＭＯＵＴ和ＰＣＭＩＮ。ＰＣＭ Ｈｉｇｈｗａｙ信號時序以及時隙與幀同步信號的關系分別如圖５、圖６所示。為了ＣＯＤＥＣ與ＤＳＰ芯片間正確收發數據，一般選擇ＣＯＤＥＣ芯片在ＢＣＬＫ的上升沿發送數據ＤＸ，下降沿采樣數據ＤＲ，而在另一端的ＡＣ４８３０２，則在時鐘下降沿采樣ＰＣＭＩＮ，上升沿發送ＰＣＭＯＵＴ。

２．５ 用戶線接口（ＳＬＩＣ）芯片

設計中為了使語音卡能夠提供ＦＸＳ接口功能，采用了愛立信公司的新型ＳＬＩＣ芯片ＰＢＬ８３７１０連接用戶接口。在該芯片內部能夠產生高電壓鈴流信號及提供自動電池饋電切換，具有環流振鈴和地鍵檢測功能及２－４線轉換功能。該芯片將許多傳統的振鈴繼電器、鈴流發生器等器件集成在一個片內，節省了印制板空間和成本。

３ ＶｏＩＰ語音卡硬件驅動流程

硬件驅動程序主要完成以下功能：

（１）初始化ＰＬＸ９０３０芯片，配置相關寄存器，選擇本地總線工作方式。

（２）初始化ＡＣ４８３０２芯片，啟動ＡＣ４８３０２內部的ＤＳＰ內核到正常工作狀態。ＡＣ４８３０２的啟動步驟按順序分為以下幾步：核代碼（Ｋｅｒｎｅｌ）下載；程序代碼（Ｐｒｏｇｒａｍ）下載；初始化模式；啟動運行。

（３）驅動語音卡的正常操作。接收處理摘掛機中斷，將ＳＬＩＣ置于正確狀態；配置ＣＯＤＥＣ芯片的各通道收發數據時隙以及ＣＯＤＥＣ芯片的增益控制；接收處理ＡＣ４８３０２數據包處理中斷，ＡＣ４８３０２每處理完一個語音數據包就通過中斷方式通知路由器ＣＰＵ讀取當前Ｂｕｆｆｅｒ中的數據或向Ｂｕｆｆｅｒ寫入下一個數據包。

本文采用的是ＦＸＳ接口，只要對ＣＯＤＥＣ后面部分電路稍加改動即可實現ＦＸＯ或Ｅ＆Ｍ接口功能。目前，該語音卡方案在路由器產品中已獲廣泛采用。