基于DSP數(shù)字多功能板的實現(xiàn)
[導(dǎo)讀]針對交換機的特點，以數(shù)字信號處理技術(shù)為核心，開發(fā)一種基于DSP的數(shù)字多功能板。該板是一個DSP硬件單板平臺，可提供多種對外接口，通過采用不同的DSP算法和微控制器程序，處理交換機所需的各種信號，完成各個單板功能，這樣便于維護(hù)和升級，節(jié)約開發(fā)費用，縮短開發(fā)周期。這里以實現(xiàn)音板的具體過程為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。
1 引言
音板(tone)、主叫號碼顯示板、多頻互控收發(fā)器板、雙音頻接收器板等是程控交換機重要的公共設(shè)備。這些設(shè)備在程控交換機中是一塊塊不同的硬件單板，這些單板都是以專用集成電路(IC)來實現(xiàn)其功能的。但要增加單板業(yè)務(wù)功能或單板所用IC停產(chǎn)時，單板生產(chǎn)廠家需要重新設(shè)計硬件電路。這樣就會增加研發(fā)成本和風(fēng)險。
基于此，針對交換機的特點，以數(shù)字信號處理技術(shù)為核心，開發(fā)一種基于DSP的數(shù)字多功能板。該板是一個DSP硬件單板平臺，可提供多種對外接口，通過采用不同的DSP算法和微控制器程序，處理交換機所需的各種信號，完成各個單板功能，這樣便于維護(hù)和升級，節(jié)約開發(fā)費用，縮短開發(fā)周期。這里以實現(xiàn)音板的具體過程為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。
2 數(shù)字多功能板架構(gòu)和工作原理
2．1 數(shù)字多功能板的整體架構(gòu)
該數(shù)字多功能板的架構(gòu)分為控制單元和功能單元兩大部分，如圖l所示。
以MCU為核心控制單元，負(fù)責(zé)與處理機及控制臺PC機通信，通過HPI下載DSP代碼到DSP中，并監(jiān)控DSP運行；控制交換網(wǎng)MCV器件，完成動態(tài)時隙分配和2 Mbit／s與8 Mbit／s之間的轉(zhuǎn)換；同時可控制MCU擴展總線上其他器件的工作。以DSP為核心功能單元，處理來自8 M位的TDM音頻碼流，實現(xiàn)具體功能。如要實現(xiàn)音板功能，則DSP讀取、發(fā)送音信號編碼數(shù)據(jù)，并控制斷續(xù)比，在各時隙循環(huán)發(fā)送相應(yīng)音信號；接收用戶自定義音數(shù)據(jù)，寫入Flash，替代預(yù)置語音，并控制白定義音的刪除、Flash的全部擦除，實現(xiàn)靈活修改。
2．2 數(shù)字多功能板的軟硬件接口
數(shù)字多功能板對外提供經(jīng)驅(qū)動的MCU標(biāo)準(zhǔn)總線、串行通信接口、多通道緩沖串口等。其中，串行通信接口作為MCU和DSP程序的下載串口；McBSP位2條8 M位的TDM碼流輸入輸出數(shù)字多功能板的通道。用戶可自行定義。數(shù)字多功能板MCU軟件與PC機下載軟件之間的串行通信協(xié)議。電路板設(shè)計為4層布線，模塊化形式。各接口的對外連接采用2．54 mm間距的標(biāo)準(zhǔn)連接器，以提高其互連性。與PC機的串口連接使用普通串口線，從數(shù)字多功能板的9針插座連接至PC機的COM端口9針插座。
2．3 數(shù)字多功能板的工作原理
該數(shù)字多功能板的工作原理詳細(xì)分析如下：
(1)代碼下載與在線修改MCU通過DSP(TMS320VC5402)的HPI接口與其通信。DSP程序代碼作為常數(shù)段存儲在單片機片內(nèi)程序存儲器或片外數(shù)據(jù)存儲器中，由單片機經(jīng)HPI下載到DSP片內(nèi)RAM中執(zhí)行。通過執(zhí)行代碼，DSP完成音信號發(fā)送(包括語音現(xiàn)場更新)功能。MCU器件特性和電路設(shè)計使得單片機的片內(nèi)程序存儲器或片外數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容可在線修改，新代碼可由PC機從COM口下載到單板中。
(2)音信號發(fā)送 音信號原始數(shù)據(jù)預(yù)先存儲在DSP外掛的Flash中，DSP按一定規(guī)則讀出，由多路緩沖串口McBSP以8M位速率TDM碼流形式輸出。
(3)語音現(xiàn)場更新 用戶把錄好的語音以WAV文件形式輸入PC機程序，再將其轉(zhuǎn)換為所需格式，經(jīng)PC機COM端口把該文件傳給MCU，再轉(zhuǎn)給DSP，由DSP最終寫入Flash。要求待更新板處于備用狀態(tài)。
2．4 元器件選型
為實現(xiàn)數(shù)字多功能板，就要選用恰當(dāng)?shù)脑骷?，如：微控制器、DSP、Flash、串行接口等。 DSP選用TMS320VC5402，它是目前較為通用的高性價比16位定點DSP，具有100 MI／s的處理能力；MCU選用SST89C58，它內(nèi)部具有2個Flash塊，以實現(xiàn)單片機和DSP程序固件在線修改，其指令兼容于MCS51系列單片機。便于開發(fā)應(yīng)用；Flash選用16 M位、32 M位、64 M位封裝基本兼容的3．3 V的存儲器TE28F160C3。RS-232接口采用單路器件MAX3221E該器件能承受15 kV靜電沖擊，且在實際使用中不易損壞。
3 具體實現(xiàn)及分析
該數(shù)字多功能板的音板程序采用C語言編寫的，主要包括：與處理機通信，控制交換網(wǎng)絡(luò)，通過 HPI接口下載DSP程序代碼，以及接收DSP檢測到的號碼，即MCU MCS51的程序和DSP TMS320VC5402的程序。在DSP編程時，用到TMS3-20VC5509的數(shù)字信號處理函數(shù)庫DSPLIB。DSPLIB包括常用的數(shù)字信號處理甬?dāng)?shù)，全部函數(shù)用匯編語言編寫，優(yōu)化程度很高，并且能被C程序調(diào)用，極大方便程序編程。圖2是音頻信息處理流程，命令“1”表示連接時隙，根據(jù)命令中的音號(若用于SP30，先做轉(zhuǎn)換)控制交換網(wǎng)絡(luò)器件，完成出入8 M HW時隙的交換；命令“4”表示斷開連接時隙通道：命令“8”表示復(fù)位，上報命令8作為回應(yīng)。測試主要是測試接口信號。即通過示波器或PCM測試儀把每一個時隙的音放出來。通過測試看到該多功能板可提供4路或8路的模擬載波中繼，各種信號音及測試音符合《郵電部電話交換設(shè)備總技術(shù)規(guī)范書》要求。
2．3 數(shù)字多功能板的工作原理
該數(shù)字多功能板的工作原理詳細(xì)分析如下：
(1)代碼下載與在線修改MCU通過DSP(TMS320VC5402)的HPI接口與其通信。DSP程序代碼作為常數(shù)段存儲在單片機片內(nèi)程序存儲器或片外數(shù)據(jù)存儲器中，由單片機經(jīng)HPI下載到DSP片內(nèi)RAM中執(zhí)行。通過執(zhí)行代碼，DSP完成音信號發(fā)送(包括語音現(xiàn)場更新)功能。MCU器件特性和電路設(shè)計使得單片機的片內(nèi)程序存儲器或片外數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容可在線修改，新代碼可由PC機從COM口下載到單板中。
(2)音信號發(fā)送 音信號原始數(shù)據(jù)預(yù)先存儲在DSP外掛的Flash中，DSP按一定規(guī)則讀出，由多路緩沖串口McBSP以8M位速率TDM碼流形式輸出。
(3)語音現(xiàn)場更新 用戶把錄好的語音以WAV文件形式輸入PC機程序，再將其轉(zhuǎn)換為所需格式，經(jīng)PC機COM端口把該文件傳給MCU，再轉(zhuǎn)給DSP，由DSP最終寫入Flash。要求待更新板處于備用狀態(tài)。
2．4 元器件選型
為實現(xiàn)數(shù)字多功能板，就要選用恰當(dāng)?shù)脑骷?，如：微控制器、DSP、Flash、串行接口等。 DSP選用TMS320VC5402，它是目前較為通用的高性價比16位定點DSP，具有100 MI／s的處理能力；MCU選用SST89C58，它內(nèi)部具有2個Flash塊，以實現(xiàn)單片機和DSP程序固件在線修改，其指令兼容于MCS51系列單片機。便于開發(fā)應(yīng)用；Flash選用16 M位、32 M位、64 M位封裝基本兼容的3．3 V的存儲器TE28F160C3。RS-232接口采用單路器件MAX3221E該器件能承受15 kV靜電沖擊，且在實際使用中不易損壞。
3 具體實現(xiàn)及分析
該數(shù)字多功能板的音板程序采用C語言編寫的，主要包括：與處理機通信，控制交換網(wǎng)絡(luò)，通過 HPI接口下載DSP程序代碼，以及接收DSP檢測到的號碼，即MCU MCS51的程序和DSP TMS320VC5402的程序。在DSP編程時，用到TMS3-20VC5509的數(shù)字信號處理函數(shù)庫DSPLIB。DSPLIB包括常用的數(shù)字信號處理甬?dāng)?shù)，全部函數(shù)用匯編語言編寫，優(yōu)化程度很高，并且能被C程序調(diào)用，極大方便程序編程。圖2是音頻信息處理流程，命令“1”表示連接時隙，根據(jù)命令中的音號(若用于SP30，先做轉(zhuǎn)換)控制交換網(wǎng)絡(luò)器件，完成出入8 M HW時隙的交換；命令“4”表示斷開連接時隙通道：命令“8”表示復(fù)位，上報命令8作為回應(yīng)。測試主要是測試接口信號。即通過示波器或PCM測試儀把每一個時隙的音放出來。通過測試看到該多功能板可提供4路或8路的模擬載波中繼，各種信號音及測試音符合《郵電部電話交換設(shè)備總技術(shù)規(guī)范書》要求。
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