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如何基于ARM9的嵌入式网络语音通信终端?

作者:时间:2018-08-07来源:网络收藏

传统的语音通信是以公共交换电话网(PSTN)为语音系统进行话音交流,该系统以电路交换为通信基础,信道利用率低、通信资费较高。而随着通信技术和网络的快速发展,越来越多的用户采用IP网络进行语音通信与视频通话,该通信系统采用分组交换为基础,具有灵活的业务扩展能力和低廉的话费价格。从 2013年开始到如今,工信部已经发放了两批虚拟运营商牌照,此举必然会进一步推动国内市场的发展。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/385636.htm

本文采用处理器、以太网控制芯片、音频处理芯片设计出一款语音通信终端,该终端通过音频采集、播放语音、处理器进行数据处理,通过网卡进行数据传送与接收,从而实现终端的语音通信功能。

1 硬件电路设计

终端系统硬件由微处理器、以太网通信模块、音频处理模块、电源等模块组成。该终端系统各个模块之间进行数据交互的示意图如图1所示。

图1 系统模块数据交互图

终端启动音频模块后,从麦克风拾取语音进行A/D转换采集,把语音信号转换为数字信号,经I2S总线送给处理器处理,并通过以太网通信模块把数据发送到IP网络上;从IP网络上把数据取出,经处理器处理后,由I2S总线送给音频模块进行D/A转换,然后把语音信号送给扬声器播放语音。

系统采用S3C2440微处理器实现数据处理,利用DM9000CEP以太网控制芯片来实现与IP网交互,并且采用UDA1341TS音频芯片进行语音采集及播放。其他接口电路比较常见,这里不再赘述。

1.1 以太网通信模块

主控芯片采用三星公司的S3C2440通用32位微处理器,该处理器采用20内核,具有低功耗、处理计算能力强等特点。以太网控制芯片采用 DAVICOM(联杰)公司的DM9000CEP芯片。该芯片支持16位数据传输,集成10/100M自适应收发器,可以自动协调功能将自动完成配置以最大限度地适合其线路带宽,且支持IEEE802.3x全双工流量控制。

为实现DM9000CEP与S3C2440的连接,对两者间的数据、地址、控制三大总线进行连接和转换。由于S3C2440是32位微处理器,可寻址1G的地址空间,但其只有27根地址线,理论上只能寻址2的27次方(即128M)的地址范围。所以引出了8根BANK线(对应nGCS0~nGCS7),用这8根线来选通和关闭不同的存储器,实现1G地址空间的寻址。本文DM9000与S3C2440之间数据交换,是通过NGCS4线选择基址为0x2000 0000来实现的。图2给出了S3C2440与DM9000CEP的连接方法。

图2 DM9000CEP与S3C2440的接口图

1.2 音频处理模块

音频处理芯片选用Philips公司的UDA1341TS音频芯片,该芯片内部集成了立体声的ADC、DAC,可以实现模拟信号和数字信号的相互转换,并可用可编程增益控制(PGA)和自动增益控制(AGC)来对模拟信号进行控制,该芯片还提供数字信号处理功能。微处理器通过L3总线接口对音频芯片进行控制。其与处理器连接图如图3所示。

图3 UDA1341TS与S3C2440的接口图

UDA1341TS音频芯片提供一组I2S总线接口和一组L3总线接口。其中,I2S总线接口包括音频系统时钟线(SYSCLK)、位时钟输入信号线(BCK)、字选择输入线(WS)、数据输出信号线(DATAO)、数据输入信号线(DATAI)。而L3总线接口由时钟线、数据线以及模式选择线组成。 S3C 2440处理器通过这两组总线接口实现与UDA1341TS芯片之间的音频数据交互及控制。

2 软件实现

网络语音终端系统软件部分主要由系统初始化、语音采集播放模块、网络通信模块等部分构成。

2.1 系统初始化

使用UDA1341TS芯片与I)M9000CEP芯片之前,需要对芯片内部的寄存器进行初始化。

DM9000CEP芯片的初始化设置工作方式:通过CMD与ADDR2引脚相连,高电平时为数据端口,低电平时为地址端口。CS与NGCS4引脚相连,选择DM9000CEP的端口基址为0x2000 0000,偏移300个单位。发送给DM9000的地址信息固定放在0x2000 0300上,把存放在该地址的数据放在0x2000 0304,采用此方式可对DM9000CEP内部的寄存器进行操作,如启动、复位、TX控制、RX控制以及MAC地址初始化等。其代码如下:

UDA1341TS芯片的初始化工作需要与L3的总线连接,该L3总线是MCU通过GPB2、GPB3、GPB4三个引脚来模拟控制,用于处理器配置UDA1341内部的寄存器。UDA1341有两种模式:地址模式和数据传输模式。地址模式表示传输的是地址信息,它的高6位永远是000101,低两位用来表明模式是状态模式、数据0模式还是数据1模式,其中状态模式主要用于配置 UDA1341的各类初始状态:采用频率、ADC、DAC等;数据模式主要用于改善音频输入、输出的效果、音量大小调节等。

此外,要初始化S3C2440芯片内部的特殊寄存器,对I2S、DMA、中断相关的各个寄存器进行初始化设置,以及各个引脚功能的设置,如把GPF7引脚设置为 EINT7外部中断功能引脚,当以太网网卡接收到数据,此引脚电平就会因中断跳变以使程序进入网卡中断接收处理函数。

2.2 语音采集播放模块

完成实时语音通话,UDA1341TS芯片在录音同时也必须完成放音功能。数据传输使用两个DMA通道。其录音过程为:音频芯片从麦克风中拾取声音信号进行采样、量化、编码,把采集到的数据通过I2S总线传给DMA1通道,并通过内部总线传到内存缓冲区中,之后送给处理器处理。放音:内存从处理器中获取数据,通过内部总线传给DMA2通道,之后通过I2S总线把数据传给音频芯片送给扬声器播音。通过采用DMA通道数据传输方式,处理器不需要花大量时间参与数据的传输,有充足的时间来处理其他事件。

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