ARl688系列VOIP话机的无线升级方案设计

摘要：随着3G和WIFI网络的快速发展和普及，无线VOIP的应用越来越受到关注。本文提出一种采用88W8510与88W8010芯片的组合，基于ARl688系列VOIP话机的无线升级方案。该方案具有低成本、低功耗和机动灵活等优点。
关键词：88W8510；88W8010；ARl688；VOIP；无线升级；WIFI模组

引言
    VOIP(Voice Over IP，通过IP数据包发送实现的语音业务)，是一种利用Internet作为传输载体来实现计算机与计算机、普通电话与普通电话、计算机与普通电话之间进行话音通信的技术。VOIP话音通信技术发展很快，很多新技术不断涌现。过去我们津津乐道的H323协议，现在已经很陈旧了，而由H323变换出来的MGCP又是站在传统电信角度来解决问题，所以产品升级换代是跟踪VOIP发展的唯一思路。ARl688系列VOIP话机就是在低成本解决方案的基础上发展起来的，它在集成度和性能上都比PAl688系列有了很大的提高。
    随着3G和WIFI网络的快速普及和发展，无线VOIP的应用也越来越受到关注，VOIP话音通信技术通过与新型无线宽带的结合，将改变企业和消费者获得和使用移动与固定语音服务的方式。这意味着，走在大街上可以通过手机网络交谈，走进办公室后，呼叫可以无缝地切换到WLAN语音技术。在手机信号很弱的特殊环境里，手机
中的软件会自动把呼叫转移到WLAN语音系统上，而处在WLAN覆盖范围之外时，呼叫将切换到手机网络。本文提出一种基于ARl688系列VOIP话机的无线升级解决方案。

1 AR1688 VOIP话机系统
    基于ARl688的VOIP话机系统，其基本框架是对复杂的语音编解码算法和网络通信协议进行处理。其中，语音编解码算法需要100MIPS的数字信号处理器(DSP)，这就要求在设计中使用高性能的处理器。同时，为了实现信息的路由处理和转发，需要在电路中使用网络芯片。为了构成一个功能完备的语音终端，还必须包括存储器、供电电路、键盘、显示屏、功放电路等。
    ARl688 VOIP话机系统是由ARl688主芯片、网络接口(1～2个)、Flash、电源、键盘接口和显示接口组成。ARl688系统框图如图1所示。

    ARl688是一种可编程芯片，8位控制器用于VOIP协议栈，24位DSP用于语音压缩算法。同PAl688相比，ARl688具有更高的性能、更好的语音质量、更低的成本。
    ARl688将2个处理器集成在一个芯片里：8位MCU与Z80指令集兼容，典型运行频率为24．576 MHz，最高运行频率至60 MHz；24位DSP采用ADI公司的ADSP2181兼容处理器，内核运算能力可达72 MIPS。将DSP作为MCU的协处理器，在内部解决了两个处理器的协调问题。片内集成116 KB的SRAM存储器，无需外部扩展SDRAM，最大支持2 MB外部存储器，多至4片外部SRAM、EEPROM或Flash；片内集成18位高质量CO-DEC；集成DC／DC变换提供核心电压；支持24．5776MHz晶振及片内PLL，支持实时时钟；包含1个UART接口、12个键位键盘接口、16个通用编程输入输出接口(GPIO)，简化了系统设计，提高了系统稳定性。
    目前，针对已使用的有线网络设备的无线升级，有相当多的解决方案，无外乎是在现有VOIP产品的基础上加装WIFl模组或TD模组。本文采用加装W1FI模组的方法，用88W8510芯片实现无线桥接来达到对现有VOIP产品无线升级的目的。

2 ARl688 VOIP话机无线升级方案
    在VOIP电话系统中，VOIP话机是必不可少的组成设备，它是面向用户连接Internet网络，为用户提供各种业务的用户端设备。虽然可以将普通模拟话机当作VOIP话机使用，但目前VOIP话机的发展方向是将语音的压缩编码、分组打包等都由终端实现，终端直接与Internet相连接。这样做的优势是实现了全IP通信，可以充分利用IP网络的各种优势；同时，终端分担了网关的部分功能，使得网络功能配置更加灵活，这是传统的有线设计方法。本升级方案思想是采用基于ARl688芯片设计的VOIP语音终端，性价比高，用88W8510芯片实现无线桥接，无线接入Inter-net，达到VOIP语音终端无线升级的目的。
    美国Marvell公司的88W8010 wIFI模组是实现IEEE 802．11b／g功能的无线桥接设备，它解决了传统VOIP设备从有线升级到无线注册到SIP服务器的问题。具体解决方案如图2所示。

    在图2中，虚线为传统LAN线路到互联网的连接。在采用88W8010 WIFI模组桥接后，VOIP设备通过它连接到无线AP路由器，再通过互联网注册到SIP服务器。

3 ARl688 VOIP话机无线升级的硬件设计
3．1 88W8010的特点和优势
    88W8010采用2．4 GHz ISM频段；集成所有RF模拟基带收发功能；高性能的外差射频结构；高线性内置式功率为23 dBm的功放及发射功率为20 dBm的天线分别连接到802．1lb和802．11g；对于实际功率检测，集成了传输功率循环控制功能；采用高灵敏度的接收器；低功耗设计及先进的电源管理模式；48脚QFN封装，尺寸仅7 mm×7 mm。
    88W8010的优势在于：单一芯片支持所有RF到模拟基带的功能和IEEE 802．11g／b的标准；降低了材料成本，简化了板级布线设计，并提供最小的安装尺寸，提高了性能，省略了声表面带通滤波器的使用，降低了成本；能够为天线提供分辨率为O．5 dBm、O～20 dBm的发射功率；即使指定参数超过了额定温度，供电电电压和器件的参数有所改变，该器件的输出功率也很稳定；改进了微弱信号的探测方式，扩大了探测范围；对于器件收发、睡眠及节能模式，提供低功耗特性；硬件设计紧凑，减小了空间尺寸。
3．2 88W8510的特点和优势
    88W8510内置嵌入式ARM946S-E处理器内核；内置天线采用分集接收技术；对于WEP和80211i AES加密以及CCM信息认证，内置硬件加密引擎；支持802．11eQoS质量服务保证；可选配MII或PCI外部接口；集成了采用VCT技术的10／100M快速以太网MAC及PHY接口；支持高级安全认证专用的802．1X安全口协议；256脚TFBGA封装，尺寸仅17 mm×17 mm。
    88W8510的优势在于：88W8510芯片组是802．11g解决方案，同时兼容802．11b协议；接收范围大，连接鲁棒性好，减少了信息的丢失；收发性能高、范围广；在低功耗设计的基础上，集成了尽可能多的功能；可同时连接更多的无线终端，无需降低无线的吞吐性能；可保证传输的数据、音频、视频数据的连续和稳定性；可外接多口路由器和外部系统总线；提供连接电缆故障诊断方法；为改进在公共环境下的安全性，添加了更多的身份认证机构；引脚兼容Marvell产品中使用802．11b协议的AP和网关芯片，方便802．11b和802．11g问的切换。
3．3 硬件设计
    88W8510 WIFI桥接原理图如图3所示。

    基于ARl688芯片设计的VOIP语音终端连接到无线AP路由器，其中最关键的就是88W8010和88W8510构成的基于WLAN 802．11g／b的AP和网关芯片组，88W8510与88W8010芯片的组合是高性价比的802．1lg接入点／网关解决方案，消除了用于有线基础设施连接的外部CPU和快速以太网端口，大幅降低了总体成本。该芯片组的WLAN内部结构如图4所示。

4 AR1688 VOIP话机无线升级的软件设计
    Marvell公司对使用88W8510芯片组的客户提供如下支持：板级设计参考；板级固件Bootloacler设计；相关软件设计；诊断工具；运行于eCos和μClinux环境下的SDK。
    运行环境如下：
    系统环境eCos
    CPU ARM946S-E
    调试接口 JTAG
    开发工具 Marvell AP3l_SDK_2．19S或以上版本
    软件方案的结构如图5所示。

    网关主程序处理流程如图6所示。
   

网关语音包数据处理流程如图7所示。

    产品实现功能如下：802．1lg／b扫描；SSID网络设置；WPA／WPA2、WEP(128位)／WEP(64位)安全模式参数设置。

结语
    本方案采用可编程芯片ARl688，以及88W80lO和88W8510 WIFl芯片组，实现了VOIP话机的无线升级。经过实际测试，终端在40 m内可以实现无误码通信，通话质量优良、运行稳定、灵活方便。与基于其他技术的同类方案相比，本方案具有低成本、低功耗等优点。