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语音分组处理器在IP语音网关中的应用

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引言

AudioCodes公司的语音分组处理器AC4830xC-C(简称AC483)是一个单芯片系统。它提供可配置的、低比特率的语音压缩和传真/数据中继功能;可以提供高达四个独立的语音、传真/数据通道;广泛应用于1P语音网关等语音接入设备中。在研制的IP语音网关中,AC483通过PCM接口接收来自PCM编解码器数字化的语音输入,然后把64 kb/s的语音信号压缩成低比特率的语音分组,通过HPI接口交给主处理器MPC852T处理;主处理器MPC852T通过HPI接口把语音分组交给AC483处理,它把语音分组解压成64 kb/s的PCM码流,然后通过PCM接口送给PCM编解码器,如图1所示。

语音网关结构框图

在此项目中,MPC852T嵌入式处理器与AC483HPI接口设计以及驱动程序,是两个主要的攻关点。 

1  MPC852T与AC483的HPl接口设计

MPC852T处理器是MPC866系列的一款低成本的通信处理器,其工作在52 MHz,通过其集成在系统接口单元中的存储器控制器来控制外部存储体,最多可以控制8个存储体。这里把。HPI口看作MPC852T的一个存储体(bank),通过访问HPI口的3个16位寄存器(地址寄存器HPIA、数据寄存器HPII)和控制寄存器HPIC),来访问AC483HPI接口的2K字的RAM空间。如图2所示,选择CS3作为HPl口的片选信号,OE和WE0分别为读写使能控制信号。由于HPI口为8位数据宽度,所以选择D0~D7。这里应该注意,MPC852T处理器为PowerPC架构,为BIG ENDIAN模式,最高有效位和最低有效位应该倒置。 

HPl接口设计

最后通过A28~A31四位地址线来选择3个寄存器,并对3个寄存器的高低字节进行读写控制。HPI口寄存器选择如表1所列。

HPI口寄存器选择

访问时可进行如下定义:

#define HPIC_WRlTE_LOW 0x80000000

/*写控制寄存器的低字节*/

#define HPIC_WRITE_HlGH 0x80000001

/*写控制寄存器的高字节*/

#define HPIC_READ_LOW 0x80000002

/*读控制寄存器的低字节*/

#define HPIC_READ_HIGH 0x80000003

/*读控制寄存器的高字节*/

在CPU通过HPI口连接DSP时,应特别注意时序匹配问题。这里,通过正确设置MPC852T的寄存器来解决这个问题。选用MPC852T的GPCM方式控制HPI口寄存器,所以只要设置好相应的基本寄存器BR和选择寄存器OR就可以了。图3所示的时序,主要要求以下几点:

◆@要求HRS、HI/LO有效要在HCS下降沿前最少10 ns;

◆@要求HCS为低的持续时间要大于30 ns;

◆@要求HCS的循环时间,即一个HCS的上升沿到下一个HCS的上升沿,在AC483的时钟为10 MHz时,要大于500 ns,100 MHz时,要大于50 ns。 

时序

考虑到MPC852T的时钟为52 MHz,所以设置MPC852T的CS3延迟半个周期(约为10 ns),等待周期设为2个,即可大于30 ns;而时序要求的第3条中的500 ns可通过软件延时来满足(仅在AC483引导时)。最后可以设置MPC852T的存储器控制寄存器:基本寄存器BR3=0x80000401;选择寄存器OR3=0xffffof24。 

2  驱动程序的实现

本项目所采用的操作系统是开源的嵌入式Linux操作系统。Linux操作系统下的驱动程序和其他操作系统下的驱动程序有很大区别。它把设备分为字符设备、块设备和网络设备。所有设备都看成普通文件,因此可以通过用操纵普通文件相同的系统调用来打开、关闭、读取和写入设备。系统中每个设备都用一种特殊设备文件来表示。这里把AC483看作一个字符设备。

在IAnux中,设备驱动程序是一组相关函数的集合。它包含设备服务子程序和中断处理程序,每个设备服务子程序只处理一种设备或者紧密相关的设备。其目的就是从与设备无关的软件中接受抽象的命令并执行。当执行一条请求时,具体操作是根据控制器驱动程序提供的接口,并利用中断机制去调用中断服务子程序配合设备来完成这个请求。设备程序利用结构file_operations与文件系统联系起来。

struct file_operations AC483_fops={

owner;THIS_MODULE,

read:AC483_read,

write:AC483_write,

ioctl:AC483_ioetl,

open:AC483_open.

release:AC483_release,

};

设备驱动程序主要分为3个组成部分。

(1)自动配置和初始化子程序

先在驱动程序HPI_config()中配置HPI接口,配置MPC852T的初始化寄存器与选择寄存器,把0x80000000到0x8000000f的16个地址分配给HPI接口的3个寄存器。这里把这3个寄存器映射为I/O内存,由于Linux使用MPC852T的MMU单元,MMU控制物理地址到虚拟地址的转换,所有对I/O存储器物理地址的操作都必须先在MMU中注册,并返回虚拟地址,通过虚拟地址访问物理地址。Linux提供2个读写函数unsigned readb(ad—dress);void writeb(unsigned value,address)来对3个寄存器进行读写访问。

hpi_eonfig(){

/*init br3 8Lor3 HPI*/

memctrl_p一>meme_br3=0x80000401;

memctrl_p一>meme_or3=Oxffffof24;

/*映射为I/O内存*/

v_addr=ioremap(AC483_REG_BASE,AC483_REG_LEN);

request_mem_region(AC483_REG_BASE.AC483.”AC483”);

接着对AC483进行初始化配置。AC483的操作模式顺序为内核文件下载模式、程序下载模式、初始化模式以及运行模式,如图4所示。

AC483进行初始化配置

对AC483初始化,就是要完成内核下载、程序下载,以及初始化模式和空闲状态下一些命令设置、参数设置,使AC483进入正常工作状态,即产生语音分组和接收来自主机的语音分组。这里由AC483_init()完成这些功能。

AC483_init(){

kernel_download();/*内核文件下载*/

program_download();/*程序下载*/

setup_device();/*初始化AC483的参数配置*/

setup_channel();  /*设置每个信道的参数,共四个信道*/

:

}
 
以上对AC483的初始化配置可以放在open入口点函数中。

在内核文件下载时,由于AC483还运行在10 MHz,所以此时对HPI口进行两次读或写之间要加入延时来满足时序要求。

writeb(addr,value);

udelay(1);/*延时1 ms*/

writeb(addr,value);

udelay(1);/*延时1 ms*/

(2)服务于I/o请求的子程序

驱动程序的主要任务是在底层实现对硬件的读写,对AC483来说就是要从HPI口读取和写入语音包。系统进行read和write调用时,调用read和write入口点函数,由用户态进入核心态。由函数transmit_packet()和re—eeive_packet()实现语音包的写入和读取。语音包数据结构的定义:

typedef struct{

packet_head_t packet_head,/*包头*/

char payload[MAX_SIZE];/*载荷*/

}packet_t;

语音包头数据结构的定义:

typedef struct{

shortconstAA:8;

short const_0_0_13:3 ;

short channel_id:5;

/*Word#1*/

short pay_load_size:8;

short packet_size:8;

/*Word#2*/

/*Word#7*/

}packet_head_t;

transmit_packet()和receive_packet()是根据语音包数据结构中的packet_size字段,在HPI 口相应的位置写入或读取packet_size长度的字节数。

(3)中断服务子程序

使用中断来进行处理,可以提高程序的实时性及运行效率。AC483每一个帧间隔就会产生一个语音包,就会产生一个中断;MPC852T检测到中断后,将会调用中断处理函数。在此中断处理函数中,将会调用读语音包函数来读取HPI口中语音包,存人内核空间的缓冲区中。使用下面两个函数在系统中注册和注销中断:

ret="request"_8xxirq(dev一>irq,AC483_interrupt,0*

“AC483”,dev);/*申请中断*/

free_irq(dev irq,dev);/*释放中断*/

对于中断处理函数,由于它运行在interrupt context,所以有许多限制,它必须尽可能快地执行。这里使用tasklet来处理中断。

在驱动程序中先声明AC483_tasklet,并且指定函数

AC483_do_tasklet()作为tasklet的函数:

void AC483_do_tasklet(unsigned long);

DECLARE_TASKLET(AC483_tasklet,AC483_do_tasklet.0);

然后在AC483_interrup()中断处理函数中调度AC483_

tasklet:

tasklet_schedule(&AC483_tasklet);

在AC483_tasklet被调度后,它将尽可能快地被执行,在AC483_do_tasklet()函数中,相应AC483的中断,读取HPI口中的语音包。 

结语

本文介绍了一种语音分组处理器AC483与MPC852T的接口设计以及基于Linux的驱动程序实现。经过硬件电路的调试和驱动程序的测试,此语音分组处理器已应用于我们开发的语音网关中。

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