智能多业务语音片上系统设计

文章摘要：3.2 共享信箱模块设计共享信箱是系统信箱数据区，定义了本系统和程控交换机系统或IP交换机的主处理单元之间通信命令参数和传送放音命令及音源编码。这是与系统可以正常进行通信的关键。共享信箱模块基于FPGA内部的双端口RAM构成，内部通过Avalon交换总线与Nios II处理器进行通信，外部通过一个16位端口，以总线的方式与程控交换系统进行通信，其容量的大小根据系统要求和FPGA向系统提供PCM链路数来决定。系统每次放一部分语音，软件记录下状态值。下一次从这个值开始继续从存储区向语音缓冲空间搬移一部分语音数据。写入的字节数根据语音缓冲空间设定，数据确定后，要在每一个中断处理周期（语音缓冲区A/B

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3.2 共享信箱模块设计

共享信箱是系统信箱数据区，定义了本系统和程控交换机系统或IP交换机的主处理单元之间通信命令参数和传送放音命令及音源编码。这是与系统可以正常进行通信的关键。

共享信箱模块基于FPGA内部的双端口RAM构成，内部通过Avalon交换总线与Nios II处理器进行通信，外部通过一个16位端口，以总线的方式与程控交换系统进行通信，其容量的大小根据系统要求和FPGA向系统提供PCM链路数来决定。

系统每次放一部分语音，软件记录下状态值。下一次从这个值开始继续从存储区向语音缓冲空间搬移一部分语音数据。写入的字节数根据语音缓冲空间设定，数据确定后，要在每一个中断处理周期（语音缓冲区A/B区切换时间）将一定端口、一定数量的语音数据写入规定的RAM空间。句法结构如下：

3.3 语音数据缓冲区设计

缓冲区写端口侧和系统Avalon总线联系，其地址空间按照顺写的方式进行，难点在于读端口侧地址信号的产生。本文采用双缓冲区空间方式，在FPGA内部设置两块同样的存储区域，通过地址产生器产生端口地址跳变、链路地址跳变和中断的产生。

Nios II处理器按照程控交换系统主机的指令将所需的语音数据搬到语音数据缓冲区指定的地址空间；缓冲区可为每一个语音通道提供7字节的空间（N为偶数），CPU可以在每次语音处理中断中，每路语音通道1次可以写入N/2字节的语音数据。在一个系统帧同步信号FS0周期内（125μs），对单个语音通道可以完成8位，即一个字节数据转换，采用AB双缓冲区的设计模式，N/2字节的数据需要在N/2个FS0完成，需要的时间就是125μs×N/2，其周期根据系统响应中断的时间、处理语音数据存取的时间、系统处理其他数据的时间等综合考虑来确定，保证系统设定的中断周期内完成业务处理，且不影响系统的整体运行效率。

从中断的处理过程来看，每一次中断的产生，响应和处理，系统总是需要对系统指针、放音位置等系统重要数据进行压栈堆栈和回复的处理，处理同样的任务，中断周期短，系统的任务量都会相应增加。中断时间的长短选择是设计中比较困难和关键的，需要根据处理器处理能力、完成数据转换需要的时间、中断任务的处理时间、FPGA的RAM容量等因素综合进行选择，使用Nios II处理器，系统完成全部（128个）语音通道数据转换的时间，也就是中断任务的处理时间为2.8×3ms。本设计中也是根据这个前提条件来设定中断级别和中断周期的。本设计设定N=256，提供128路语音通道数据，系统需要中断时间设定为16ms。

语音链路PCM的处理，按照国际电信联盟ITU G.711协议完成，G.711协议是ITU规定的PSTN网中使用语音传输的协议，它的数据速率为64kbps。G.726是ITU前身CCITT于1990年在G.721和G.723标准的基础上提出的关于把64kbps非线性PCM信号转换为40kbps、32kbps、24kbps、16kbps的ADPCM信号的标准。G.726标准算法简单，语音质量高，多次转换后语音质量有保证，在语音存储和语音传输领域得到广泛应用。

4 结论

设计完成后下载到FPGA后，经过现场测试和实际运用，该系统完全达到设计目标，在每个局用交换模块上配置一块由该芯片控制的语音子处理机，即可满足一个交换模块8192个用户对语音系统的要求，证明该智能多业务片上系统设计是成功的。可以适用于各种电信业务系统中和IP网络交换系统中，为企业缩短产品上市时间、降低开发风险与成本、提高新业务开发能力提供一个较为理想的解决方案。

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