基于SYS6K的分组语音处理模块的设计

摘要：综合接入媒体网关设备以其灵活的接入方式，实现多种业务的集成。分组语音处理模块PVM是综合接入媒体网关设备上必不可少的功能模块，它完成VolP功能。本文完成接入媒体网关SYS6K中分组语音处理模块的设计，首先分析SYS6K系统需求，然后对其中的分组语音处理模块进行研究并对其中的语音的处理模块的软硬件进行详细研究。
关键词：接入媒体网关；分组语音处理；VOIP

0 引言
    当前电信业务以话音和宽带数据为主，多采用两网相叠加的方式建设。SYS6K系统正是顺应了话音、数据、NGN三网合一的技术走向，充分融合了窄带电路技术、NGN分组技术和宽带技术，提供了一个可以面向NGN和PSTN的综合业务接入平台的解决方案。SYS6K综合接入媒体网关，符合中华人民共和国通信行业标准YD／T1243．3-2002。本文所设计的分组语音处理模块正是该综合接入媒体网关上完成PCM码流与IP数据间的转换以及部分媒体协议处理的功能模块。

1 SYS6K系统设计需求
    SYS6K是可提供综合业务接入的大容量接入媒体网关，提供模拟用户接入、ADSL接入、VDSL接入、SHDSL接入等功能。对于模拟用户接入，接入方式既提供E1接口接入传统PSTN交换机，也提供10M／100M／1000M以太网口接入IP网络。
    将传统语音承载在IP上是个必然的趋势，现在各大运营商也都在上马NGN的项目。所以既能满足当前PSTN业务的需求，又能实现到NGN的平滑过渡的产品正是运营商所期待的。SYS6K的方案提供以上两种方式的兼容主要都是根据局方的业务需求来决定的。分组语音处理模块是主控板上的一个功能模块，其选配与否根据数据上行选走El或是走VoIP来决定的，其功能主要完成语音处理，提供模拟话音到IP报文之间的转换。前期的媒体网关开发，完成所需的信号处理、信令、打包和控制功能，以及发送压缩或未压缩的VolP报文(IP语音包)。
    AMU是IONE AX6000综合接入媒体网关的主控板，是实现媒体网关功能的主要部分，由窄带语音交换和宽带数据交换两部分组成。窄带语音交换部分由CPU控制单元、E1接口单元、HW时隙交换单元、安全逻辑单元、VoIP单元以及DSP单元组成。宽带数据交换部分由CPU控制单元、
GALILEO二层交换套片和千兆光接口组成。窄带语音交换部分的CPU处理器完成MGCP的处理、窄带业务管理、接续控制、对外串口管理和主备控制等功能。E1接口单元完成2M PCM码流到8M HW的转换，并从PCM码流中提取窄带的工作基准时钟。HW时隙交换单元由两片IDT72V70840组成，可提供PSTN电话语音交换和DDN数据交换，这两种业务分别在两个网片中独立处理。安全逻辑单元实现窄带时钟处理，对VoIP模块和CPU的数据进行分类限流以及MAC地址和IP地址的替换。VoIP模块完成HW信号和IP数据流之间的转换，实现传统PSTN语音信号在InterNet上的传输，可以使IONE AX6000从传统接入设备平滑地过渡到下NGN设备。DSP单元完成标准信号音放送、收号检测。

2 分组语音处理模块分析
    VoIP依功能基本上分成两大部份，一是语音Codec即压缩和解压缩，二是予以IP封包进而进行语音信息的收发。该分组语音处理模块(PVM)功能即实现PCM码流与IP数据间的转换以及媒体防议处理，以扣板的形式在系统中作为主控板的一个功能模块。在整个系统中由主控板实现业务的控制，如呼叫的建立、管理和关闭等，主控板也要管理配置本模块，作为扣板在系统中是时刻受控的。而且每次复位都需要主控板配置加载配置字，所以本模块的故障处理、复位与否都是由主控板决定的，而不能由扣板自己决定是否复位。故和主控板之间的关系是随时受控的，其信号走向穿插了主控板的宽带和窄带部分。

3 综合接入媒体网关SYS6K方案
    SYS6K是框式一体化结构，集模拟用户接入、ADSL接入、VDSL接入、SHDSL接入等功能于一身的综合接入媒体网关，由电源板PTU、主控板AMU、业务板ALU、ADU、VDU、IVD、SDU等组成。分组语音处理模块PVM是主控板AMU上的一个功能性可选配扣板。
    宽带数据部分CPU系统采用Motorola的8245 CPU系统，对外提供一个32位的PCI接口和LOCAL BUS接口。PCI总线可支持5个设备，8245通过PCI总线可对GALILEO48303进行配置，再通过GALILEO公司定义的GUNK总线实现对各业务网口、上行千兆光口、路由模块的数据交换。AMU单板总体框图如图1。

3．1 窄带语音交换部分
    窄带语音交换部分完成对PSTN El信号的接入、E1和PCM信号之间的转换、PCM时隙之间的交换、PCM语音与IP数据流之间的转换、安全逻辑等功能。主要信号流向是E1芯片收到PSTN网送来的E1信号，从中提取2M时钟信号作为整个窄带系统的基准时钟，并以此产生各个芯片所需的时钟与帧同步信号。同时，PSTN网送来的E1信号经过E1芯片后，编码类型由HDB3转换为NRz，然后再送入网片进行PCM时隙交换，送给各用户板，或者送给PVM扣板进行处理。由于系统本身也提供模拟用户接入PSTN网络，在TDM接口部分，主控板AMU和窄带业务板ALU已经完成了模拟信号到数字信号的转换。对话音业务而言有两条处理途径，通过系统的E1接口接入PSTN交换机或其他中继设备，或者通过分组语音处理模块打成IP报文。系统设计送入PVM的已经是PCM信号的Highway。
3．2 宽带数据处理部分
    宽带数据交换部分完成对各种接入方式的基本配置、以太网交换和以太网管理等功能。宽带部分结构框图如图2所示。

    系统宽带业务丰富，宽带处理功能强大，对PVM而言，由于采用的是主控板上的可选配功能模块设计，考虑到系统接口的一致性，不能提供对外的业务接口，所以只能依赖于AMu上的上行口入网。

4 分组语音处理模块设计
    分组语音处理模块是VoIP产品中非常关键的一个部分。VoIP语音专用IC分为语音编解码和封包处理两部份。本文综合SYS6K功能及性能需求，通过对几种可选芯片的情况分析，最终选中了Broadcom的方案。选用Broadcom的Calisto BCMl510与FPGA配合的方案。因为BCMl510单片有190路6711、128路6711+T．38、96路6711+T．38的处理能力，比较适合SYS6K的大容量需求，功耗也较小，且可单片选配和复位，既可基本满足系统满配的容量需求，又给业务容量和类型带来了很好的灵活性，能很方便地实现多规格设计。1510完成语音编解码和数据打包，但由于SPICE BUS属于Broadcom专用协议，需由FPGA充当SPICE BRIDGE，完成桥接功能，再经过Switch芯片送到业务网口。总体结构如图3所示。

5 硬件初始化设计分析
    PVM扣板驱动程序主要负责完成硬件初始化，内核加载，完成PVM扣板的驱动，控制PVM扣板完成各种操作。
    初始化PVM扣板主要是设置PVM扣板硬件信息，加载内核程序给Calisto。BCMl510。按照初始化流程分为如图4所示的几个部分。

    (1)加载PVM扣板上的FPGA，即SPICE BRIDGE。SPICE BRIDGE实现CPU的控制报文与CALISTO BCMl510的CELL之间的转换。只有SPICE BRIDGE正常工作，PVM模块才能进行下一步的工作。
    (2)初始化FPGA上的LUT和寄存器。
    (3)在CPU上创建一个MUX层网络接口，为CPU与CALISTO BCMl510通信做准备。
    (4)对CALIST0 BCMl510进行一级加载。一级加载是SPICE BRIDGE自动实现的，驱动程序仅需要将内核文件放到SPICE BRIDGE下的SDRAM中的指定位置，启动SPICE BRIDGE进行一级加载就可以了。
    (5)对Calisto BCMl510进行二级加载。二级加载是CPU通过MUX层网络接口，将加载内核传送给Calisto BCMl510完成的。
    (6)创建通道。在Calisto BCMl510上预先创建一定数量的通道(一般是480个)。
    (7)激活通道。通道在创建完成后，必须进行激活才能够使用。

6 结论
    本文完成了可与主控设备相配合的分组语音处理模块PVM的硬件电路设计，并付诸于生产，可应用于多个接入网关和中继网关设备，降低原有分组语音处理模块的成本，增大系统处理容量，经过硬件调测和软硬件联调之后已实际应用在综合接入媒体网关上。