基于软核CPU技术的IP电话接口设计

4 接口电路的软件设计

4．1 软件设计

作为IP网络的一个端点，IP电话必须像其他IP终端一样，为其分配IP地址、子网掩码、缺省路由器、DNS(Do—main Name System，域名系统)等。同时它存在自动和人-工两种配置方式，自动方式的IP电话必须使能DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机分配协议)，手动方式由用户对IP电话配置必要的信息。整个IP终端的软件设计包括了主控制器、网络接口、音频输入／输出口和可选择的存储器等部分的设计，其软件系统结构如图6所示。

首先使用SOPC Builder系统工具构建了一个NiosCPU作为整个系统的处理器核，它的Avalon总线对其他接口及控制器进行指令和数据传输，包括：由内部定时器控制的Avalon总线；为Nios CPU配置了JATG通用异步收发器UART；为可选择的片外存储器配备了专用存储器接口；控制语音输入输出的音频数据接口，实现语音编解码的控制和流处理；以太网接口负责CPU与DM9000A的数据收发和协议转换；

工作过程如下：

当拨号确认后，主控制器对编解码器发送控制指令，开始语音A／D转换，并进行编码，送到片外存储器内进行缓存；Nios CPU对拨号信息的解析确定。目的地址，通过Avalon总线对以太网接口发送数据传输指令；将符合以太网标准的数据从片外存储器内读出，送入Internet中，返回确认信息。系统处理流程图如图7所示。

4．2 I2C语音模块

由于语音编解码器的处理延时是影响VoIP话音质量的因素之一，为了保证语音编解码的实时性，软件系统在控制WM8731编解码器的编解码同时，加入了I2C语音模块，以实现语音数据的实时处理。它采用自顶向下设计方法利用QuartusⅡ进行设计。

I2C是一种双向制串行总线协议，只有总线处于"非忙"状态时，数据传输才能被初始化。数据传输期间，只要时钟线为高电平，数据线都必须保持稳定，否则数据线上的任何变化都被当作"启动"或"停止"信号。它实现数据的实时传输。

首先在QuartusⅡ环境内创建一个名为I2C的原理图文件，然后建立包括各个模块的顶层图(使用Altera提供的LPM功能模块或者建立自己的功能模块)，在顶层图中将各个功能模块进行连接，如图8所示。

调试通过以后必须对其引脚进行手动设置，以便程序的下载，如图9所示。

将Wolfson WM8731音频编解码器被配置为控制模式，可以自动产生AD／DA的连续比特时钟和左／右声道时钟(CLOCK_500．v)。编解码系统采样频率设定为48 kHz。

I2C．v程序流程见图10。

在QuartusⅡ中对本模块进行测试，输入频率50 MHz，波形结果如图11所示。

AUD_ADCDAT与AUD_DACDAT分别为I2C总线的输入输出，由图11中可见其延迟为9．033 ns，实现了语音数据的实时处理。

5 结 语

本文研究并设计了一个基于SIP的IP电话终端，其结构比较完整。同时对系统进行了分块测试和环境测试，实现了语音数据的A／D、D／A实时转换，进行了数据报的收发。同时，本文提出的SIP与PSTN的互联模型，使用户(尤其是长途电话用户)不必担心SIP IP终端与PSTN用户的连接，可以在运营商的支持下自由地同其他用户进行通信，而不用担心产生高昂的通话费用。

Altera公司的软件开发工具QuflrtusⅡ和NiosⅡ因其功能强大、可移植性强、可扩展性高，作为CPU开发，给大系统的升级与扩展提供了简便的操作界面与操作方法。

从长远来看，在VoIP技术发展过程中仅实现语音传输功能是远远不够的。但利用Altera公司的软核CPU技术，若在本文研究的基础上添加短信平台、VGA接口等，则IP电话终端就不仅能实现语音通信，还能实现短消息传输、视频通讯等，或者与一些数据平台服务商联合，为用户提供数字点播等服务，以成为一个功能强大的多媒体通信终端。

作者：许文建，付慧生，陈洪波，阎静杰 中国矿业大学 来源：现代电子技术