東華理工大學(xué)信工學(xué)院 江珊珊

0 引言

隨著IP電話技術(shù)的飛速發(fā)展，IP電話的實(shí)現(xiàn)方式正由PC To PC過渡到Phone To Phone，在Phone To Phone的實(shí)現(xiàn)方式中，需要IP電話網(wǎng)關(guān)來連接PSTN和因特網(wǎng)。因此IP電話網(wǎng)關(guān)成為目前計(jì)算機(jī)和通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)在各家都用許多方法來研究實(shí)現(xiàn)IP電話網(wǎng)關(guān)，可他們都使用自己的硬件處理。ARM比其他處理器，體積微、消耗低、費(fèi)用低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，并且具有16/32位雙指令集。因?yàn)楣δ芡怀?，ARM在各個(gè)領(lǐng)域都是被優(yōu)先選擇的處理器。ARM處理器與語音網(wǎng)關(guān)的結(jié)合也成為新的研究領(lǐng)域。

1 ARM內(nèi)核介紹[4]

ARM內(nèi)核分為ARM7、ARM9、ARM10以及StrongARM等幾類。每一類又可以進(jìn)行劃分。

由于使用者要求不同，可以選擇內(nèi)部的4大性能的模塊來對(duì)應(yīng)出產(chǎn)。這四個(gè)模塊分別用T、D、M和I來表示。T：意思是Thumb，十六位指令的集合擴(kuò)展到三十二。D：意思是Debug，該內(nèi)核中采用了可以測試的模式，可方便地進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試。M：表示Multiplier，是8位法器。I：義為 Embedded ICE Logic，方便實(shí)現(xiàn)邏輯電路。

ARM7的模式為ARMV4T三級(jí)流水；ARM9模式為ARMV4T五級(jí)流水；ARM10模式為ARMV5T六級(jí)流水；ARM1020T采用ARM10TDMI+32KI&D Caches+MMU結(jié)構(gòu)，300MHz時(shí)鐘，功耗為1W(2.0V供電)或00mW(1.5V供電)，能夠用于多種商用操作系統(tǒng)。StrongARM處理器采用ARMV4T的五級(jí)流水結(jié)構(gòu)。

2 ARM9處理器和ARM7處理器[1]

ARM9采用了新的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，晶體管使用密集些比ARM7處理器高三倍多。提高時(shí)鐘頻率和降低指令執(zhí)行周期可以達(dá)到上面的效果。ARM7處理器采用3級(jí)流水線，而ARM9采用5級(jí)流水線。級(jí)數(shù)更高的實(shí)現(xiàn)方式增加了時(shí)鐘頻率和提升了并行處理。在同樣的加工工藝下，ARM9TDMI處理器的時(shí)鐘頻率是ARM7TDMI的1.8～2.2倍。

處理器能力的上升歸因于指令周期的完善。指令的疊加導(dǎo)致了能力的增加的大小，這還是代碼中的情況。頂級(jí)的語言能提升百分之三十多的能力。指令循環(huán)時(shí)間的完善最顯著是這兩個(gè)LOADS和STORES。從ARM7至ARM9這代碼的運(yùn)行時(shí)長降低了百分之三十多。因?yàn)榍?個(gè)PROCESSOR的內(nèi)部構(gòu)成不一樣導(dǎo)致了循環(huán)時(shí)間的降低。

(1)ARM9的代碼和輸入輸出口是單獨(dú)的，讓PROCESSOR能一起提取指令和讀出和寫入代碼。但是ARM7僅有輸入輸出口，它需要一起同時(shí)提取指令和讀出和寫入代碼。

(2)第五級(jí)別的裝配線帶來了單獨(dú)的記憶設(shè)備和輸出給裝配線，可以讀取記憶設(shè)備和把輸出數(shù)據(jù)錄入到 臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域。

上面2個(gè)方面設(shè)計(jì)了一個(gè)連續(xù)的重復(fù)時(shí)間來把LOADS與STORES運(yùn)算代碼完成。

3 ARM9特點(diǎn)

參考ARM9E-S來看ARM9的內(nèi)部模式和相關(guān)性能。ARM9E-S其主要特點(diǎn)如下：

(1)三十二位定點(diǎn)RISC處理器，支持實(shí)時(shí)(realtime)調(diào)試；

(2)靜態(tài)存取內(nèi)存，存取設(shè)備大小是可變的；

(3)緩沖器容量從512個(gè)字節(jié)到1024個(gè)字節(jié)；

(4)設(shè)計(jì)多個(gè)單位，可以把存取設(shè)備分成多部分進(jìn)行照顧；

(5)采用相關(guān)總線接口，給外部設(shè)備提供一致的接口位置；

(6)支撐外部協(xié)助處理設(shè)備，指令和數(shù)據(jù)總線有信號(hào)支撐；

(7)支撐基本方法檢測理論，而且支撐BIST(builtin-self-test)；

(8)支撐基本宏單位，支持即時(shí)代碼。

4 基于ARM9的語音網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方案

在市場上有一種通用的用硬件集成來實(shí)現(xiàn)IP電話網(wǎng)關(guān)的方法。它是語音卡和資源卡及網(wǎng)卡所組成。其中D/41型語音卡實(shí)現(xiàn)語音的采樣和播放。C6200資源卡有一塊TMS320C6201DSP芯片，用來完成語音的壓縮和解壓縮以及回聲抵消。PC機(jī)完成H.323協(xié)議棧的大部分功能，網(wǎng)卡可以發(fā)出和收到IP包。

本文是建立于ARM9E-S處理器硬件平臺(tái)及uC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件平臺(tái)，在這兩個(gè)平臺(tái)上研究完成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，H.323協(xié)議棧與G.729協(xié)議編解碼算法，實(shí)現(xiàn)IP語音網(wǎng)關(guān)。IP語音網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 IP語音網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

語音網(wǎng)關(guān)發(fā)揮著將Internet網(wǎng)絡(luò)（不管是公網(wǎng)還是私網(wǎng)）與公用電話網(wǎng)絡(luò)連接起來的橋梁作用?，F(xiàn)在全世界都在研究基于嵌入式系統(tǒng)的語音網(wǎng)關(guān)，這里只提出了一個(gè)研究方法并進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。

[1] 林民等.IP電話與傳真[M].人民郵電出版社,2012,09.

[2] 劉進(jìn)新.ARM9處理器[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2011,04.

[3] 黃旭,等.網(wǎng)關(guān)的語音數(shù)據(jù)處理[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2010,11.