IP語音網關的研究開發

東華理工大學信工學院 江珊珊

0 引言

隨著IP電話技術的飛速發展，IP電話的實現方式正由PC To PC過渡到Phone To Phone，在Phone To Phone的實現方式中，需要IP電話網關來連接PSTN和因特網。因此IP電話網關成為目前計算機和通信領域研究的熱點之一?，F在各家都用許多方法來研究實現IP電話網關，可他們都使用自己的硬件處理。ARM比其他處理器，體積微、消耗低、費用低、功能強等特點，并且具有16/32位雙指令集。因為功能突出，ARM在各個領域都是被優先選擇的處理器。ARM處理器與語音網關的結合也成為新的研究領域。

1 ARM內核介紹[4]

ARM內核分為ARM7、ARM9、ARM10以及StrongARM等幾類。每一類又可以進行劃分。

由于使用者要求不同，可以選擇內部的4大性能的模塊來對應出產。這四個模塊分別用T、D、M和I來表示。T：意思是Thumb，十六位指令的集合擴展到三十二。D：意思是Debug，該內核中采用了可以測試的模式，可方便地進行設置和調試。M：表示Multiplier，是8位法器。I：義為 Embedded ICE Logic，方便實現邏輯電路。

ARM7的模式為ARMV4T三級流水；ARM9模式為ARMV4T五級流水；ARM10模式為ARMV5T六級流水；ARM1020T采用ARM10TDMI+32KI&D Caches+MMU結構，300MHz時鐘，功耗為1W(2.0V供電)或00mW(1.5V供電)，能夠用于多種商用操作系統。StrongARM處理器采用ARMV4T的五級流水結構。

2 ARM9處理器和ARM7處理器[1]

ARM9采用了新的方法進行實現，晶體管使用密集些比ARM7處理器高三倍多。提高時鐘頻率和降低指令執行周期可以達到上面的效果。ARM7處理器采用3級流水線，而ARM9采用5級流水線。級數更高的實現方式增加了時鐘頻率和提升了并行處理。在同樣的加工工藝下，ARM9TDMI處理器的時鐘頻率是ARM7TDMI的1.8～2.2倍。

處理器能力的上升歸因于指令周期的完善。指令的疊加導致了能力的增加的大小，這還是代碼中的情況。頂級的語言能提升百分之三十多的能力。指令循環時間的完善最顯著是這兩個LOADS和STORES。從ARM7至ARM9這代碼的運行時長降低了百分之三十多。因為前2個PROCESSOR的內部構成不一樣導致了循環時間的降低。

(1)ARM9的代碼和輸入輸出口是單獨的，讓PROCESSOR能一起提取指令和讀出和寫入代碼。但是ARM7僅有輸入輸出口，它需要一起同時提取指令和讀出和寫入代碼。

(2)第五級別的裝配線帶來了單獨的記憶設備和輸出給裝配線，可以讀取記憶設備和把輸出數據錄入到 臨時存儲區域。

上面2個方面設計了一個連續的重復時間來把LOADS與STORES運算代碼完成。

3 ARM9特點

參考ARM9E-S來看ARM9的內部模式和相關性能。ARM9E-S其主要特點如下：

(1)三十二位定點RISC處理器，支持實時(realtime)調試；

(2)靜態存取內存，存取設備大小是可變的；

(3)緩沖器容量從512個字節到1024個字節；

(4)設計多個單位，可以把存取設備分成多部分進行照顧；

(5)采用相關總線接口，給外部設備提供一致的接口位置；

(6)支撐外部協助處理設備，指令和數據總線有信號支撐；

(7)支撐基本方法檢測理論，而且支撐BIST(builtin-self-test)；

(8)支撐基本宏單位，支持即時代碼。

4 基于ARM9的語音網關設計方案

在市場上有一種通用的用硬件集成來實現IP電話網關的方法。它是語音卡和資源卡及網卡所組成。其中D/41型語音卡實現語音的采樣和播放。C6200資源卡有一塊TMS320C6201DSP芯片，用來完成語音的壓縮和解壓縮以及回聲抵消。PC機完成H.323協議棧的大部分功能，網卡可以發出和收到IP包。

本文是建立于ARM9E-S處理器硬件平臺及uC/OS-II實時操作系統軟件平臺，在這兩個平臺上研究完成TCP/IP網絡協議棧，H.323協議棧與G.729協議編解碼算法，實現IP語音網關。IP語音網關實現結構如圖1所示。

圖1 IP語音網關實現結構

5 結束語

語音網關發揮著將Internet網絡（不管是公網還是私網）與公用電話網絡連接起來的橋梁作用。現在全世界都在研究基于嵌入式系統的語音網關，這里只提出了一個研究方法并進行相關設計。

[1] 林民等.IP電話與傳真[M].人民郵電出版社,2012,09.

[2] 劉進新.ARM9處理器[J].電子技術應用,2011,04.

[3] 黃旭,等.網關的語音數據處理[J].電子技術應用,2010,11.