FM336Plus-D在PSTN中的应用*

刘海峰 王春红 杨三胜

(中国船舶重工集团公司第七二二研究所 武汉 430079)

FM336Plus-D在PSTN中的应用*

刘海峰 王春红 杨三胜

(中国船舶重工集团公司第七二二研究所 武汉 430079)

阐述了电话/传真调制解调器FM336Plus-D的性能特点、软硬件设计及注意事项,并给出了FM336Plus-D在PSTN中的安全保密传输系统应用实例。

PSTN;FM336Plus-D;调制解调器

Class NumberTN916

1 引言

当前,电话和传真已经广泛应用于社会各行各业。随着计算机技术的发展,网络电话、网络传真已进入了一个快速发展期,也取得了不少应用,但是,基于PSTN(公共电话交换网)的电话、传真仍是人们传送语音信息和收发文件资料的一条重要、便捷途径,具有不可替代的强大生命力。

由于PSTN的传输信道是模拟信道,我们在PSTN上发送数据、传真时,需要将待发送的数字信号进行调制,先使之转换为适合在PSTN信道传输的模拟信号才能发送出去;同样,在PSTN上接收数据、传真时,也需要将接收到的模拟信号进行解调,先使模拟信号转换为数字信号后才能获得原有信息。因此调制解调器是PSTN(公共电话交换网)电话、传真业务应用中的关键芯片。对此类MODEM的选型及研究对PSTN网络的应用开发具有重要的借鉴意义,具有广阔的市场价值[2]。

本文以介绍了FM336Plus-D的主要性能,着重研究了该款MODEM的软硬件设计,总结了若干注意事项,最后给出了FM336Plus-D在PSTN安全保密传输系统中的具体应用实例。

2 FM336Plus-D介绍

FM336Plus-D是美国Conexant公司推出的一款高性能电话/传真调制解调器芯片。

2.1 FM336Plus-D主要特点

·两线制半双工G3类传真调制解调器,数据收发速率最高可至33.6kbps。符合IT U-T建议V.34 half-duplex,V.17,V.33,V.29,V.27 ter,V.21信道2,V.8和T.30附录F的规定[1];

·两线制全双工数据调制解调器,数据收发速率最高可至33.6kbps。符合ITU-T建议V.34,V.32 bis,V.32,V.22 bis,V.22,V.23,V.21,Bell212A和Bell 103的规定;

·全速率下HDLC(高级数据链路控制);

·可编程单音、双音多频发生器;

·单音、双音多频检测;

·异步串行、同步并行两种数据传输模式;

·自动降速(V.34半双工);

·自动拨号、自动应答控制;

·与TTL、COMS兼容,DTE接口支持微处理器总线接口和ITU-T V.24(EIA/TIA-232-E)接口[3];

·低功耗:285mW(典型值)。

2.2 FM336Plus-D硬件设计及注意事项

图1 FM336Plus-D硬件接口框图

FM336Plus-D的硬件连接相对比较简单,外围电路不是很复杂,硬件接口框图如图1所示。RS4 、/WR 、/RD 、/CS 、/RESET 、IRQ 等引 脚 直接与主处理器相应管脚相连即可[4];若两者控制接口电平不匹配,则需要在FM336Plus-D与主处理器之间接入一个电平转换芯片来完成接口匹配,比如使用IDT74ALVC164245完成3.3V～5V的电平转换。相对而言,FM336Plus-D与电话机的线路接口则稍微要复杂一些,依据FM336Plus-D芯片特性,正确的设计线路接口电路,并选择合适的线路接口元器件参数,对保证芯片的工作性能和可靠性则显得尤为重要。图3是一个典型的线路接口应用电路,实践证明,该电路接口适应性好,可以满足大多数用户的使用需求。

图2 FM336Plus-D线路接口应用图

设计FM336Plus-D的硬件电路时,要注意以下事项:

1)根据芯片分类编号,正确设计时钟电路。FM336Plus-D出厂时芯片表面会印有芯片型号和分类编号,同样的芯片型号不同的分类编号,决定了该芯片是支持晶体时钟电路还是支持晶振时钟电路。设计者在设计时钟电路时,有可能会因为粗心而忽略了这个设计细节,设计了不正确的时钟接口电路,从而导致芯片工作异常。

2)正确设计接口电路,选择合适匹配参数。FM336Plus-D与主处理器的控制接口连接比较简单,若两者控制接口电平匹配,则只要把FM336Plus-D的数据总线D0-D7、地址总线 RS0-

3)重视PCB板设计,有效抑制电磁干扰。FM336Plus-D既有数字接口又有模拟接口,数模电路处理不当特别容易引起相互干扰,而且在芯片实际应用中,FM336Plus-D经常要与AD/DA芯片、时钟芯片、继电器、电源管理芯片等具有较强辐射或干扰的器件搭配使用,因此为保证FM336Plus-D获得较好的工作性能,则必须在设计PCB板时,要做好防电磁干扰设计,尽量抑制PCB板的电磁辐射。例如,在PCB设计时考虑到以下设计原则:运放等模拟器件尽量靠近布置在芯片模拟输入/输出管脚旁,晶体/晶振尽量靠近芯片管脚且将其外壳接地,避免产生干扰的器件或连线靠近TXA1,TXA2,RIN,VC,VREF等对干扰敏感的管脚及其连线,模拟地与数字地分离,尽量将电源与地分层设计,数字信号与模拟信号分区布线且尽量不平行布线,电源线与地线布线宽度尽量宽,每个电源引脚处就近布置一个0.1μ F的滤波电容。

2.3 FM336Plus-D软件设计及注意事项

FM336Plus-D的软件设计,具体来说,有两点比较重要:1)使用者要对相关众多的IT U-T建议很熟悉。比如,使用FM336Plus-D的数据传输模式时,就要清楚 V.32和 V.34协议;使用FM336Plus-D的传真传输模式时,则要清楚 T.30协议;2)使用者要熟练掌握FM336Plus-D共32个寄存器的读写、配置。下面简单介绍了在进行FM336Plus-D软件设计时的两个应用细节:

1)检测单音处理

与配置检测单音的相关寄存器如表1所示。

表1 单音检测寄存器表

表2 单音检测寄存器配置表

源码描述如下:

·检测2100Hz单音配置

经过上述配置后,FM336Plus-D进入单音检测状态,检测结果通过0x0B寄存器的第5、6、7位提供给用户使用。

2)中断处理流程

FM336Plus-D的中断为电平中断,在和脉冲触发中断的CPU配合使用时,应特别注意中断处理,以免FM336Plus-D的中断将CPU中断拉死,造成CPU无法再进入中断,进行中断处理。

因此在处理FM336Plus-D中断时,必须确保中断处理流程在退出该中断处理时,将FM336Plus-D的所有中断源处理完毕,也就是说FM336Plus-D的中断在经过该中断处理后,必定由中断有效变为无效。反映在中断管脚上,就是在经过该中断处理后,必定有一个跳变,这样,下次中断有效时,该管脚才会出现中断有效的脉冲,保证CPU能捕捉并处理下次中断。

源码描述如下:

3 安全保密传输系统实例

PSTN网上的电话和传真业务应用广泛,但PSTN网存在不安全、保密性差的缺点。现在,随着人们安全意识的不断提高,基于PSTN上的通信安全问题也得到了日益重视。但是,在现阶段对PSTN进行升级改造,增加保密措施,加强其安全保密强度也是相当不现实的[5]。而在PSTN终端设备处增加具有加、解密措施的增值业务通信设备,对接入的电话、传真数据信息进行二次处理,是一种简单易行、经济实用的通信安全解决方案。图3为PSTN安全保密传输系统应用框图。

图3 PSTN安全保密传输系统应用框图

系统工作流程如下:

1)电话业务模式。甲方拨打乙方电话号码,乙方摘机后,通话双方首先通明话,若任意一方启动加密申请,增值业务通信设备监听到该申请信号后,线路切换电路立即进行线路控制切换。这时,话音调理电路与本地电话机相连,对话音信号进行“二四线”变换处理,线路调制解调器FM336Plus-D与PSTN相连,处理线路上的话音业务进程。发送话音时,电话机模拟话音信号经由信号调理、AD变换、声码话编码、主控模块加密等一系列处理流程,最后通过调制解调器FM336Plus-D发送至PSTN线路。反之,接收话音时,增值业务通信设备将从PSTN线路接收到的调制信号先经由调制解调器FM336Plus-D解调,然后再经过主控模块解密、声码话解码、DA变换、信号调理等一系列处理流程,最后将模拟话音信号送至电话机。电话通话结束,通话任意一方挂机,增值业务通信设备检测到本地电话机挂机信号后,先通过本端FM336Plus-D向对方FM336Plus-D发送挂机码,然后线路切换电路断开PSTN连接,进入待机工作状态。

2)传真工作模式。甲方拨打乙方电话号码,乙方摘机,接收传真方发送传真“启动”信号,增值业务通信设备监听到传真机发出的单音信号后,线路切换电路立即进行线路控制切换。这时,本地调制解调器FM336Plus-D与本端传真机相连,处理本端的传真业务进程,线路调制解调器FM336Plus-D与PSTN相连,处理线路上的传真业务进程。发送传真时,本端传真机发出的传真数据信息经由FM336Plus-D接收解调,再经过主控模块进行加密处理,最后将加密后的传真数据通过线路调制解调器FM336Plus-D发送至PSTN线路。反之,接收传真时,增值业务通信设备将从PSTN线路接收到的调制信号先经由调制解调器FM336Plus-D解调,再经过主控模块进行解密,最后将解密后的传真数据通过本地调制解调器FM336Plus-D送至传真机。传真发送结束,线路切换电路断开PSTN连接,并进入待机工作状态。

4 结语

本文介绍了FM336Plus-D的性能特点、软硬件设计和注意事项,并基于FM336Plus-D设计并实现了一个基于FM336Plus-D的PSTN安全保密传输应用系统。该系统具有操作简单、使用方便、语音清晰、传输可靠、线路适应能力强、保密性高等诸多优点,已在诸多场合得到了很好的应用。

[1]FM336Plus V.34/Group 3 High Performance Fax Modem Family Designer's Guid[EB/OL].Conexant Proprietary Information,2001

[2]朱梅英,等.传真通信与调制解调器[M].北京:人民邮电出版社,1996

[3]周子耀.传真三类机软硬件原理与应用[M].北京:电子工业出版社,1997

[4]胡庆钟,李小刚.TM S320C55x DSP原理、应用和设计[M].北京:机械工业出版社,2006

[5]胡晓勤.通用PSTN安全电话的研究与实现[D].四川大学,2004

Application of FM336Plus-Din PSTN

Liu Haifeng Wang Chunhong YangSansheng
(No.722 Research Institute of CSIC,Wuhan 430079)

FM336Plus-D is a high performance Phone and Fax M odem in PSTN.In this paper,we discuss the features,the hardware interfaces,the hardware implementation,the software implementation and some Notes when implementing.Base on that discussing,an application of FM336Plus-D In PSTN for security was analyzed.

PSTN,FM336Plus-D,MODEM

TN916

2010年9月19日,

2010年10月23日

刘海峰,男,硕士研究生,研究方向:通信安全。王春红,女,硕士研究生,研究方向:网络安全。杨三胜,男,硕士研究生,研究方向:通信安全。