基于軟核CPU技術(shù)的IP電話(huà)接口設計

3 軟核CPU的構建
Altera推出的Nios／NiosⅡ系列嵌入式處理器擴展了目前世界上最流行的嵌入式軟核處理器的性能，是Altera公司為其FPGA產(chǎn)品配套開(kāi)發(fā)的軟核CPU。在邏輯功能上，它們是32 b的精簡(jiǎn)指令集CPU，用戶(hù)可以獲得超過(guò)200 DMIPS(Dhrystone Millions of Instructions Per Sec―ond，百萬(wàn)條指令／秒)的性能，并從三種處理器(e型、s型、f型)以及超過(guò)60個(gè)的IP核中選擇所需要的。NiosⅡ系統為用戶(hù)提供了最基本的多功能性，設計師可以據此創(chuàng )建一個(gè)最適合他們需求的嵌入式系統。Nios及NiosⅡ處理器通過(guò)FPGA編程的方式實(shí)現用戶(hù)所需，這是與傳統的CPU的一個(gè)根本的差別。
SOPC系統的平臺包括：Altera的Nios處理器、Aval―on總線(xiàn)，片內外存儲器以及外設模塊等。利用SOPCBuilder，用戶(hù)可以很方便地將處理器、存儲器和其他外設模塊連接起來(lái)，形成一個(gè)完整的系統。其中，SOPC Build―er中已包含了Nios處理器和其他一些常用的外設IP模塊。用戶(hù)也可以設計自己的外設IP。
可見(jiàn)，利用SOPC的軟核CPU技術(shù)在以下方面具有很大的技術(shù)優(yōu)勢：提高系統性能；更低的系統成本；應對產(chǎn)品的生命周期；功能強大、易用的開(kāi)發(fā)工具等。
SOPC Builder是QuartusⅡ附帶的一個(gè)用來(lái)開(kāi)發(fā)基于處理器、外圍以及存儲器的片上可編程系統的開(kāi)發(fā)工具。SOPC Builder可以根據用戶(hù)的編輯實(shí)時(shí)地生成．ptf文件；系統PTF文件類(lèi)似于一個(gè)數據庫文件，它存儲了系統模塊列表，模塊信息等。
在SOPC Builder環(huán)境里，用戶(hù)可以直接調用軟件提供的用于構建CPU的基本模塊，也可以自定義模塊。本課題需要的模塊中，網(wǎng)絡(luò )接口與語(yǔ)音處理接口需要自定義，在構建前必須有二者的源文件，設計采用了Verilog HDL書(shū)寫(xiě)源程序，事先寫(xiě)好了DM9000A．v和Open_I2C．v兩個(gè)底層程序。
前述SDRAM接口、鍵盤(pán)輸入接口、網(wǎng)絡(luò )接口芯片接口、音頻處理接口和I2C接口均連接到Avalon總線(xiàn)，相當于總線(xiàn)的外掛設備。構建完成，選擇自動(dòng)生成地址，其結果如圖5所示。

構建完成后生成(Generate)．bsf格式文件system．bsf，轉到QuartusⅡ環(huán)境下可以直接調用，相當于一個(gè)自定義的控制器芯片。

4 接口電路的軟件設計
4．1 軟件設計
作為IP網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)端點(diǎn)，IP電話(huà)必須像其他IP終端一樣，為其分配IP地址、子網(wǎng)掩碼、缺省路由器、DNS(Do―main Name System，域名系統)等。同時(shí)它存在自動(dòng)和人-工兩種配置方式，自動(dòng)方式的IP電話(huà)必須使能DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，動(dòng)態(tài)主機分配協(xié)議)，手動(dòng)方式由用戶(hù)對IP電話(huà)配置必要的信息。整個(gè)IP終端的軟件設計包括了主控制器、網(wǎng)絡(luò )接口、音頻輸入／輸出口和可選擇的存儲器等部分的設計，其軟件系統結構如圖6所示。

首先使用SOPC Builder系統工具構建了一個(gè)NiosCPU作為整個(gè)系統的處理器核，它的Avalon總線(xiàn)對其他接口及控制器進(jìn)行指令和數據傳輸，包括：由內部定時(shí)器控制的Avalon總線(xiàn)；為Nios CPU配置了JATG通用異步收發(fā)器UART；為可選擇的片外存儲器配備了專(zhuān)用存儲器接口；控制語(yǔ)音輸入輸出的音頻數據接口，實(shí)現語(yǔ)音編解碼的控制和流處理；以太網(wǎng)接口負責CPU與DM9000A的數據收發(fā)和協(xié)議轉換；