基于USB接口的VoIP手柄設計
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VoIP是指將語(yǔ)音信號進(jìn)行編碼、壓縮和分包等處理，通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸，實(shí)現計算機一計算機、普通電話(huà)普通電話(huà)、計算機與普通電話(huà)之間進(jìn)行話(huà)音通信的技術(shù)?，F代數字信號處理技術(shù)和語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)的進(jìn)步，在技術(shù)上保證了IP電話(huà)在Internet網(wǎng)上傳輸的可行性；而H．323標準的頒布和SIP協(xié)議的應用，使得IP語(yǔ)音業(yè)務(wù)能夠在Internet網(wǎng)上迅速開(kāi)展起來(lái)，并有望成為一種核心和關(guān)鍵技術(shù)。這種通信方式的經(jīng)濟性和軟交換的特點(diǎn)，使它具有非常廣闊的發(fā)展前景。
USB接口是一種應用在計算機領(lǐng)域的新型接口技術(shù)，最早由Compaq、Intel、Microsoft等多家公司在1994年11月共同提出的，其目的是用USB來(lái)取代PC現有的各種外圍接口，使外圍設備的連接具有單一化、即插即用、熱插拔、速率高和易擴展等特點(diǎn)。本文介紹的基于PC終端USB接口的VoIP手柄(話(huà)機)，就是利用USB接口的特點(diǎn)得以實(shí)現的。
1 VoIP手柄的方案設計
本機的實(shí)現包括硬件設計和軟件編程兩部分。
1.1 硬件總體方案
VoIP手柄的通話(huà)是通過(guò)USB接口來(lái)實(shí)現的，所以硬件主要包括USB接口芯片AN2131QC、語(yǔ)音處理芯片MCl45483，另外還包括撥號鍵盤(pán)部分、顯示部分、電源處理部分等，其總體硬件框架結構如圖l所示。其中撥號鍵盤(pán)主要采取編碼方式，通過(guò)AN2131QC的I／O檢測獲得按鍵信息。顯示部分為液晶顯示，可以顯示呼叫號碼、呼叫狀態(tài)、時(shí)間、日期和星期等信息。串行EEPROM的主要功能是存儲制造商信息、產(chǎn)品信息和設備信息。當上電時(shí)，如果主控芯片的核檢測到EEPROM連接在I2C總線(xiàn)上，將首先處理這些信息。
1．2 AN2131QC芯片應用介紹
本設計選擇的控制芯片是EZ_USB系列的AN2131QC。此芯片提供了基于RAM的，允許無(wú)限制設置和升級的解決方案，支持全速USB總線(xiàn)吞吐量的傳輸。在芯片內核中提供大量的輔助指令，簡(jiǎn)化了編碼，同時(shí)也加快了對USB特性的開(kāi)發(fā)。芯片的簡(jiǎn)化結構如圖2所示。AN2132QC內部有一個(gè)核：它由串行接口引擎(SIE)和USB接口兩部分組成。SIE負責和USB收發(fā)器、USB接口進(jìn)行數據交換，以實(shí)現串行數據的編／解碼、差錯控制、位填充等與USB協(xié)議相關(guān)的功能。
1．3 MCl45483語(yǔ)音芯片應用介紹
語(yǔ)音編碼也是本設計的關(guān)鍵部分之一。語(yǔ)音編解碼芯片選擇的是MC145483，這款芯片的特點(diǎn)主要體現在具有2 s補償的13位線(xiàn)性PCM編碼／解碼濾波器，實(shí)現語(yǔ)音信號的數字化和重構；工作電壓為3 V，功耗為8 mW，待機功耗僅為O．01 mW，只需單電源供電，因此減少了雙電源供電所帶來(lái)的電源干擾問(wèn)題，提高了語(yǔ)聲質(zhì)量；該芯片還可以調節增益，設計簡(jiǎn)單，具體實(shí)現如圖3所示。此設計能夠很好地滿(mǎn)足VoIP手柄的高質(zhì)量語(yǔ)音編／解碼功能的要求。
2 軟件功能的設計與實(shí)現
2．1 AN2131QC的USB自舉啟動(dòng)
當AN213lQC芯片復位(RESET)后，AN2131QC將自舉啟動(dòng)檢查I2C總線(xiàn)上的EEPROM的存在。如果檢測到EEPROM，自舉啟動(dòng)就會(huì )首先讀取EEPROM的第一個(gè)字節來(lái)決定枚舉的模式。不同的枚舉模式是由EEPROM首字節的數值來(lái)決定的，如表1所列。
在讀取EEPROM的首字節之前，自舉啟動(dòng)必須設置EEPROM的地址計數器為O。它通過(guò)發(fā)送一個(gè)控制字節來(lái)選擇EEPROM，緊跟著(zhù)一個(gè)O地址來(lái)設置內部EEP-ROM地址指針為0。然后它發(fā)送一個(gè)控制字節，并且開(kāi)始讀取第1個(gè)EEPROM字節。
2．2 AN2131QC的USB傳輸
AN213lQC的USB傳輸分為塊傳輸、控制傳輸和中斷傳輸。
USB規范允許塊傳輸的最大數據包尺寸為8、16、32、64字節，中斷數據l～64字節。AN2131QC提供了8個(gè)IN端點(diǎn)和8個(gè)OUT端點(diǎn)，每一個(gè)端點(diǎn)具有最大64字節的緩沖區空間。其中第2、4、6個(gè)IN和OUT端點(diǎn)可以和它緊接著(zhù)的端點(diǎn)提供雙緩沖區，允許8051在處理一個(gè)數據包的同時(shí)另外一個(gè)數據包在USB總線(xiàn)上傳輸，即6個(gè)“端點(diǎn)對”(USBPAIR寄存器)控制雙緩沖。805l在初始化時(shí)沒(méi)置14個(gè)端點(diǎn)有效位，并且通知AN213lQC核哪一個(gè)端點(diǎn)有效。缺省時(shí)端點(diǎn)O總是有效，塊數據出現在RAM中。每一個(gè)塊端點(diǎn)保留了64字節的RAM空間，l位計數寄存器，2位控制和狀態(tài)寄存器。8051能讀取狀態(tài)寄存器中的一位來(lái)決定端點(diǎn)是否為“忙”。在端點(diǎn)的“忙”位被設置時(shí)，8051將不能讀寫(xiě)端點(diǎn)緩沖區和字節計數寄存器。當一個(gè)端點(diǎn)為8051操作準備好時(shí)，AN2131QC設置一個(gè)中斷請求位。AN2131QC向量中斷系統根據端點(diǎn)自動(dòng)傳輸控制，從中斷服務(wù)子程序分離出中斷請求來(lái)響應端點(diǎn)請求服務(wù)。
端點(diǎn)O是AN2131QC芯片中唯一的控制端點(diǎn)。盡管控制端點(diǎn)是雙向的，AN2131QC仍然提供了2個(gè)64字節的緩沖區INOBuF和OUToBUF。另外有一個(gè)附加的8字節緩沖區，對端點(diǎn)O來(lái)說(shuō)是唯一的，這個(gè)緩沖區保存著(zhù)在控制傳輸過(guò)程中的SETUP階段到達時(shí)的數據。
中斷傳輸是一種特殊的塊傳輸。AN2131QC控制端點(diǎn)O接收特殊的SETUP令牌，它是一種主機用來(lái)處理設備控制信號的傳輸。主機通過(guò)端點(diǎn)。發(fā)送一系列標準設備請求表。
2．3 芯片固件程序
AN2131QC芯片的固件程序控制了整個(gè)硬件系統的運行。當上電或連接時(shí)．其將自動(dòng)下載至芯片的RAM中，由8051執行。芯片固件程序負責處理主機發(fā)出的各種USB請求，流程如圖4所示。首先初始化所有的內部狀態(tài)變量，然后調用AN2131QC的初始化程序Init()進(jìn)行初始化，并開(kāi)中斷。最后，芯片固件程序開(kāi)始列舉USB設備，直至在端點(diǎn)0上收到SETUP令牌包時(shí)為止。一旦接收到SETUP令牌，其將重復執行語(yǔ)音發(fā)送和接收VoiceRT()等功能。
2．4 驅動(dòng)程序
驅動(dòng)程序需要兩個(gè)：一個(gè)專(zhuān)用于下載芯片的固件程序，另一個(gè)用于在PC端實(shí)現接收／發(fā)送USB數據功能和語(yǔ)音數據處理功能。下載的應用驅動(dòng)程序包含WDM驅動(dòng)程序所需的入口程序、即插即用程序、電源管理程序和卸載程序；而USB數據收發(fā)功能和語(yǔ)音數據處理驅動(dòng)程序主要實(shí)現USB數據的接收、發(fā)送和語(yǔ)音信息的處理。這兩個(gè)程序需要在首次使用手柄時(shí)裝載到PC機上。
3 本設計的主要優(yōu)點(diǎn)
◇遵循USBl．1規范，無(wú)需聲卡，不需要外接電源。
◇兼容H．323、MGCP和SIP協(xié)議。
◇有LCD顯示屏和VoIP來(lái)電顯示功能。
◇采用了回音消除和噪聲抑制技術(shù)。
◇采用全雙工通信技術(shù)。
結語(yǔ)
本文主要介紹了基于USB接口的VoIP手柄的硬件和軟件設計方案，對USB接口通信方式作了較為詳細的介紹。在計算機端實(shí)現了H．323和SIP協(xié)議及服務(wù)質(zhì)量控制策略，保證了通話(huà)質(zhì)量。隨著(zhù)計算機和Internet網(wǎng)絡(luò )進(jìn)入每個(gè)家庭，VoIP電話(huà)技術(shù)必定有著(zhù)廣闊的發(fā)展前景，人們將會(huì )得到更方便和更經(jīng)濟的通信服務(wù)。
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