IP语音网关的研究开发

东华理工大学信工学院 江珊珊

0 引言

随着IP电话技术的飞速发展，IP电话的实现方式正由PC To PC过渡到Phone To Phone，在Phone To Phone的实现方式中，需要IP电话网关来连接PSTN和因特网。因此IP电话网关成为目前计算机和通信领域研究的热点之一。现在各家都用许多方法来研究实现IP电话网关，可他们都使用自己的硬件处理。ARM比其他处理器，体积微、消耗低、费用低、功能强等特点，并且具有16/32位双指令集。因为功能突出，ARM在各个领域都是被优先选择的处理器。ARM处理器与语音网关的结合也成为新的研究领域。

1 ARM内核介绍[4]

ARM内核分为ARM7、ARM9、ARM10以及StrongARM等几类。每一类又可以进行划分。

由于使用者要求不同，可以选择内部的4大性能的模块来对应出产。这四个模块分别用T、D、M和I来表示。T：意思是Thumb，十六位指令的集合扩展到三十二。D：意思是Debug，该内核中采用了可以测试的模式，可方便地进行设置和调试。M：表示Multiplier，是8位法器。I：义为 Embedded ICE Logic，方便实现逻辑电路。

ARM7的模式为ARMV4T三级流水；ARM9模式为ARMV4T五级流水；ARM10模式为ARMV5T六级流水；ARM1020T采用ARM10TDMI+32KI&D Caches+MMU结构，300MHz时钟，功耗为1W(2.0V供电)或00mW(1.5V供电)，能够用于多种商用操作系统。StrongARM处理器采用ARMV4T的五级流水结构。

2 ARM9处理器和ARM7处理器[1]

ARM9采用了新的方法进行实现，晶体管使用密集些比ARM7处理器高三倍多。提高时钟频率和降低指令执行周期可以达到上面的效果。ARM7处理器采用3级流水线，而ARM9采用5级流水线。级数更高的实现方式增加了时钟频率和提升了并行处理。在同样的加工工艺下，ARM9TDMI处理器的时钟频率是ARM7TDMI的1.8～2.2倍。

处理器能力的上升归因于指令周期的完善。指令的叠加导致了能力的增加的大小，这还是代码中的情况。顶级的语言能提升百分之三十多的能力。指令循环时间的完善最显著是这两个LOADS和STORES。从ARM7至ARM9这代码的运行时长降低了百分之三十多。因为前2个PROCESSOR的内部构成不一样导致了循环时间的降低。

(1)ARM9的代码和输入输出口是单独的，让PROCESSOR能一起提取指令和读出和写入代码。但是ARM7仅有输入输出口，它需要一起同时提取指令和读出和写入代码。

(2)第五级别的装配线带来了单独的记忆设备和输出给装配线，可以读取记忆设备和把输出数据录入到 临时存储区域。

上面2个方面设计了一个连续的重复时间来把LOADS与STORES运算代码完成。

3 ARM9特点

参考ARM9E-S来看ARM9的内部模式和相关性能。ARM9E-S其主要特点如下：

(1)三十二位定点RISC处理器，支持实时(realtime)调试；

(2)静态存取内存，存取设备大小是可变的；

(3)缓冲器容量从512个字节到1024个字节；

(4)设计多个单位，可以把存取设备分成多部分进行照顾；

(5)采用相关总线接口，给外部设备提供一致的接口位置；

(6)支撑外部协助处理设备，指令和数据总线有信号支撑；

(7)支撑基本方法检测理论，而且支撑BIST(builtin-self-test)；

(8)支撑基本宏单位，支持即时代码。

4 基于ARM9的语音网关设计方案

在市场上有一种通用的用硬件集成来实现IP电话网关的方法。它是语音卡和资源卡及网卡所组成。其中D/41型语音卡实现语音的采样和播放。C6200资源卡有一块TMS320C6201DSP芯片，用来完成语音的压缩和解压缩以及回声抵消。PC机完成H.323协议栈的大部分功能，网卡可以发出和收到IP包。

本文是建立于ARM9E-S处理器硬件平台及uC/OS-II实时操作系统软件平台，在这两个平台上研究完成TCP/IP网络协议栈，H.323协议栈与G.729协议编解码算法，实现IP语音网关。IP语音网关实现结构如图1所示。

图1 IP语音网关实现结构

5 结束语

语音网关发挥着将Internet网络（不管是公网还是私网）与公用电话网络连接起来的桥梁作用。现在全世界都在研究基于嵌入式系统的语音网关，这里只提出了一个研究方法并进行相关设计。

[1] 林民等.IP电话与传真[M].人民邮电出版社,2012,09.

[2] 刘进新.ARM9处理器[J].电子技术应用,2011,04.

[3] 黄旭,等.网关的语音数据处理[J].电子技术应用,2010,11.