鄧 華

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，福建 福州 350108）

基于ARM平臺的全網(wǎng)語音業(yè)務(wù)測試終端設(shè)計與實現(xiàn)

鄧 華

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，福建 福州 350108）

全網(wǎng)語音業(yè)務(wù)測試終端以S3C6410作為硬件基礎(chǔ)，處理器以內(nèi)存映射、總線尋址的方式擴(kuò)展出多路串行通信接口，串行通信接口外接多種制式通信模塊，包括GSM、CDMA、TDSCDMA及WCDMA等。測試終端布放于待測試區(qū)域及移動監(jiān)測車輛中，接受來自系統(tǒng)管理平臺下發(fā)的測試指令，即可在定點或者移動狀態(tài)下自動完成不同通信制式網(wǎng)絡(luò)之間的語音業(yè)務(wù)互撥測試工作，測試結(jié)果最終上傳至系統(tǒng)管理平臺，系統(tǒng)實現(xiàn)24小時無人值守在線分析功能。本系統(tǒng)的使用填補(bǔ)了目前不同移動通信網(wǎng)絡(luò)之間實時互撥測試的市場空白，豐富了運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的技術(shù)手段。

S3C6410；全網(wǎng)；移動通信；語音業(yè)務(wù)；互撥測試

隨著近十年移動通信基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，目前我國的移動通信網(wǎng)絡(luò)無論從技術(shù)水平、用戶人數(shù)還是覆蓋范圍都取得了長足的發(fā)展。國內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)由三大運(yùn)營商負(fù)責(zé)運(yùn)營維護(hù)，由于歷史沿革及市場、技術(shù)考慮因素不同，不同運(yùn)營商的通信制式并不完全兼容[1]。不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信業(yè)務(wù)質(zhì)量影響著普通用戶的客戶體驗，因此如何實時動態(tài)地監(jiān)測、評估不同通信制式網(wǎng)絡(luò)之間的語音業(yè)務(wù)質(zhì)量成為了當(dāng)前行業(yè)關(guān)注的熱點。

全網(wǎng)語音業(yè)務(wù)測試終端基于S3C6410設(shè)計而成，終端內(nèi)置多個通信模塊用以支持不同的通信制式，測試終端置于專用車輛之中，接受來自系統(tǒng)管理平臺下發(fā)的測試指令，自動完成相應(yīng)的語音業(yè)務(wù)測試，并將結(jié)果上傳至平臺在線分析[2,3]。

1 硬件設(shè)計

測試終端的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，圖中方向線代表各模塊之間的接口和相應(yīng)的數(shù)據(jù)流向?？刂破鬟x用韓國三星電子的S3C6410作為處理核心，該處理器為基于ARM1176JZF-S核心的16/32位高性能、低功耗處理器，為2.5G和3G通信服務(wù)提供了優(yōu)化的硬件性能，融合了AXI、AHB、APB總線[5]。處理器外置一片256 MB的DDR RAM和一片1 GB的NAND FLASH，考慮到系統(tǒng)語音評測的大容量數(shù)據(jù)要求[4]，設(shè)計時外接了一個SD卡擴(kuò)展口，最高可拓展32 GB的非易失性存儲空間。

終端內(nèi)置了一顆8.4 V的2 500 mAH鋰電池，電源管理模塊由充電管理模塊和電源切換控制模塊構(gòu)成，充電管理模塊基于BQ2057設(shè)計而成，該芯片能在市電上電環(huán)境下完成對鋰電池的充電管理。電源切換控制模塊主要由有源二極管實現(xiàn)，系統(tǒng)能在上電、掉電兩種狀態(tài)過程之間，完成市電供電或者鋰電池供電過程的切換。

圖1 終端硬件結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)測終端內(nèi)置了5種串口通信模塊，分別為GSM、CDMA、TDSCDMA以及WCDMA，支持目前三大運(yùn)營商的所有制式網(wǎng)絡(luò)的測試，表1為相應(yīng)硬件通信模塊的型號及參數(shù)。系統(tǒng)選用維肯電子的VK3266擴(kuò)展多路串口，單片VK3266支持?jǐn)U展4路UART接口，通過模式選擇，VK3266工作于總線擴(kuò)展模式之下，每個子通道帶有獨立的16字節(jié)收發(fā)FIFO。系統(tǒng)通過寄存器設(shè)置可以獨立對每一路UART接口的參數(shù)如波特率、數(shù)據(jù)幀特性等進(jìn)行編程設(shè)置。監(jiān)測終端選用兩片VK3266共擴(kuò)展8路UART接口[6]。

表1 硬件通信模塊信號及電壓

音頻部分采用歐勝電子的低功耗、高質(zhì)量立體聲編解碼器WM8960，WM8960內(nèi)置有麥克風(fēng)接口、立體聲驅(qū)動器及24位的SIGMA-DELTA模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，WM8960通過IIS總線與處理器通信[7]。

2 軟件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)測終端軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，圖中通信模塊組及GPS模塊是與軟件交互的底層硬件模塊，其余框圖表示了系統(tǒng)軟件的邏輯功能劃分，藍(lán)色方向線表示各軟件功能模塊之間的接口及數(shù)據(jù)流的走向，系統(tǒng)軟件各組成部分的功能描述如下所述。

圖2 終端軟件結(jié)構(gòu)圖

串口線程：串口接收線程負(fù)責(zé)輪詢監(jiān)測終端內(nèi)部各個硬件通信模塊，將數(shù)據(jù)從硬件模塊內(nèi)部緩沖區(qū)中讀出，串口發(fā)送線程接收來自AT命令處理線程生成的操作指令，并將該指令映射發(fā)送至相應(yīng)的模塊中。由于GPS模塊上電后定時主動上報數(shù)據(jù)，GPS接收線程接收該數(shù)據(jù)，完成對經(jīng)、緯度等地理信息的解析，將該結(jié)果發(fā)送至業(yè)務(wù)處理線程。

協(xié)議處理線程：協(xié)議處理線程分析監(jiān)測終端獲得的遠(yuǎn)程控制命令，對遠(yuǎn)程控制命令依次進(jìn)行協(xié)議包起始終止字符、協(xié)議包長度準(zhǔn)確性、協(xié)議命令類型及命令內(nèi)容合法性的判定，將經(jīng)過驗證的合法命令發(fā)送至業(yè)務(wù)處理線程。同時，協(xié)議處理線程接收業(yè)務(wù)處理線程發(fā)送的上行命令及參數(shù)，根據(jù)通信協(xié)議規(guī)約完成對該命令及參數(shù)的協(xié)議封裝及編碼生成對應(yīng)的協(xié)議包，將該協(xié)議包發(fā)送至串口發(fā)送線程[8]。

業(yè)務(wù)處理線程：業(yè)務(wù)處理線程是監(jiān)測終端的核心控制線程，根據(jù)綜合管理平臺下發(fā)的指令完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)動作，主要包括兩類業(yè)務(wù)動作：管理類業(yè)務(wù)和測試類業(yè)務(wù)。管理類業(yè)務(wù)指設(shè)置、查詢終端參數(shù)、遠(yuǎn)程升級終端軟件等管理監(jiān)測終端的動作；測試類業(yè)務(wù)完成測試任務(wù)文件及測試線程的創(chuàng)建，測試任務(wù)文件包含呼叫模式、主叫號碼、被叫號碼、通話時長、語音樣本編號、測試周期、測試次數(shù)等測試參數(shù)。

定時器管理線程：系統(tǒng)設(shè)計有軟件定時器，各任務(wù)線程可向定時器管理線程申請創(chuàng)建定時器，定義相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)和參數(shù)。定時器超時時刻到達(dá)后，定時器管理線程根據(jù)回調(diào)函數(shù)和參數(shù)通知相應(yīng)任務(wù)。定時器主要用于協(xié)議通信、串口操作的保護(hù)[9]。

語音測試線程：根據(jù)測試任務(wù)文件參數(shù)，通信鏈路兩端的語音測試線程工作于不同的模式：主叫模式和被叫模式。在主叫模式中，語音測試線程根據(jù)參數(shù)，撥打被叫號碼建立通信鏈路，播放語音樣本；在被叫模式中，語音測試線程等待通信鏈路建立，錄制失真語音，并調(diào)用語音評估算法完成對失真語音和本地存儲語音樣本的MOS值評估。

FTP線程：FTP線程操作通信模塊建立與系統(tǒng)管理平臺的鏈接，并將測試結(jié)果上傳至系統(tǒng)管理平臺的FTP服務(wù)器中[10]。

2.2 接口設(shè)計

系統(tǒng)與硬件之間的數(shù)據(jù)接口通過通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)實現(xiàn)，通信設(shè)備中斷將接收到的數(shù)據(jù)寫入通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，同時通信處理任務(wù)周期性將緩沖區(qū)中的有效數(shù)據(jù)取走。

通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，定義如下：

考慮到線程之間有較大數(shù)據(jù)傳遞的需求，線程之間的通信基于消息機(jī)制實現(xiàn)。系統(tǒng)中針對主要線程分別設(shè)計獨立的消息隊列，線程空閑狀態(tài)下輪詢消息隊列，接收新消息時根據(jù)消息類型進(jìn)行相應(yīng)的處理。系統(tǒng)根據(jù)線程功能定義了接口類型-原語，原語以結(jié)構(gòu)方式實現(xiàn)，利用消息隊列傳遞，實際傳遞的是原語結(jié)構(gòu)的地址，為了簡化編程，結(jié)構(gòu)中不采用二級指針，一般結(jié)構(gòu)采用最大數(shù)據(jù)長度來分配。以定時器回調(diào)函數(shù)發(fā)送的通知消息為例，其數(shù)據(jù)格式如下所述[11]。

2.3 MOS語音評估

監(jiān)測終端采用的MOS語音評估算法基于輸入-輸出的客觀評估原理設(shè)計，其算法原理以語音系統(tǒng)的輸入語音和輸出語音之間的誤差大小來判別語音質(zhì)量的好壞。在撥測過程中，當(dāng)通信鏈路建立完成時，主叫方通過語音接口發(fā)送語音樣本作為語音系統(tǒng)輸入，被叫方接收語音樣本作為輸出語音。最終，被叫方將獲得的輸出語音與本地存儲的語音樣本（即輸入語音）進(jìn)行誤差度量，從而獲得評估結(jié)果。

3 結(jié)論

本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種支持現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)制式的互撥語音業(yè)務(wù)測試終端。該終端可定點或動態(tài)監(jiān)測熱點區(qū)域，能夠支持目前商用通信網(wǎng)絡(luò)所有制式的網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)間話音業(yè)務(wù)測試，測試結(jié)果實時上傳至系統(tǒng)管理平臺，消除了傳統(tǒng)監(jiān)測手段的滯后性，極大地提高了網(wǎng)優(yōu)工作的效率。工程應(yīng)用結(jié)果表明，該終端運(yùn)行穩(wěn)定，測試數(shù)據(jù)有效可靠，具有較大的商用價值。

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（責(zé)任編輯、校對：田敬軍）

The Design and Implementation of Voice Service Test Terminal for the Whole Network

DENG Hua

(Department of Electronic Information Engineering, Fuzhou Polytechnic, Fuzhou 350108, China)

The paper presents a Voice Service Test terminal for the whole network based on S3C6410. By memory mapping and bus addressing, serial ports are expanded.Modems supporting all the network standards in China are connected with the processing unit, including GSM, CDMA, TDSCDMA, WCDMA.The voice service between different network can be completed automatically or manually while the test terminal being set in the special vehicle around the hot point. The test result is uploaded to the management system unattended, making the telecommunication operator working efficiently.

S3C6410; the whole network; mobile communication; voice service; calling test mutually

TP391

A

1009-9115(2015)02-0055-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2015.02.017

2014-09-23

鄧華（1979-），男，四川廣安人，講師，研究方向為信息與信號處理。