利用VxWorks作Internet电话网关设计

电话网和Internet的互通是通过Internet电话网关实现的。Internet电话网关最为典型的CTI(Computer Telephony Integration)技术。简单地说，Internet电话网关要实现以下功能：Internet电话网关的一端连接的是公用电话网PSTN,它能和任何一部电话进行通信。另一端，Internet电话网关连接的是Internet，它能和网上的任何一台电脑进行通信。Internet电话网关完成对话音的压缩，打包，路由到Internet的目的地。对来自Internet的包数据施行和(3)相反的功能。全双工的通信。

Internet电话网关所完成的功能是由软、硬件共同实现的。软件的设计，尤其是底层软件的设计，是与硬件密不可分的。Internet电话网关的硬件平台主要由三部分组成，即与电话网的接口(话音总线接口或E1/T1接口)，资源处理模块以及与Internet的接口(网卡)。其中资源处理模块是系统的核心模块，它完成话音 (来自PSTN)和数据包(来自IP网络)之间的转换。资源处理模块由基板和信号处理子板构成。基板由控制处理器(80960RD)，交换芯片、存储器及相应的外围器件组成，其中80960RD为系统的主控CPU，而交换芯片完成对话音时隙的交换。信号处理子板作为基板上的一个PCI设备，完成语音压缩及回声抵消算法。开发人员编程实现的模块有BSP、设备驱动、H.323底层接口、系统控制及H.323上层应用。

BSP

编写BSP的目的就是要把VxWorks移植到我们自己的硬件平台上来。BSP的主要任务是完成核前的初始化工作。基于ROM的vxWorks初始化步骤：

以下每一项依次表示：

执行函数(xxx())

主要任务

所在源文件 （xxx.c或xxx.s)

1.romInit()
　　(a)关中断
　　(b)保存启动类型
　　(c)硬件相关初始化
　　(d)跳转至romStart()
　　(d)跳转至romStart()
　　RomInit.s

2.romStart()
　　(a)把data段从ROM拷到RAM中
　　(b)把text段从ROM拷到RAM中
　　(c)把启动类型传递给userInit()
　　BootInit.c

3.userInit()
　　清bss段，先后调用sysHwInit()
　　及kernelInit()
　　UserConfig.c

4.sysHwInit()
　　做进一步的硬件初始化工作
　　SysLib.c

5.kernelInit()
　　初始化并启动内核
　　KernelLib.c

6.usrRoot()
　　核后第一个根任务。初始化I/O系统，安装驱动程序，创建设备。
　　UsrConfig.c

7.Application
　　用户自定义的任务
　　用户源程序 设备驱动

1.系统时钟： VxWorks唯一不可缺少的驱动即是系统时钟。Tornado开发环境已提供了系统时钟的驱动程序。若要修改系统时钟的频率只需对80960RD的时钟控制寄存器进行简单编程。

2.辅助时钟： 可选。驱动的编程方法与系统时钟基本相同，可把80960RD的另一个计数器编程为辅助时钟。

3.串行口控制器：由于系统调试只能使用串口，故基板上配有串行接口供调试所用。串行口控制器的驱动的主要工作即是对串行口控制器的控制寄存器进行初始化及动态修改。

4.交换芯片： 80960RD对交换芯片的控制是通过对其功能寄存器的编程来实现的。可以简单地在头 文件里定义这些寄存器的地址。

5.信号处理子板：信号处理子板接在80960RD的PCI总线上，是基板的一个PCI设备。基板与信号处理子板通过PCI总线交换数据。 vxWorks forPCI设备。基板与信号处理子板通过PCI总线交换数据。vxWorks for80960RD支持PCI总线并提供了大量的PCI总线操作函数。信号处理子板应作为标准的PCI设备驱动起来。

6.以太网接口： VxWorks的网络接口驱动相对要复杂的多。其编写方法与标准的I/O驱动并不相同。值得注意的是，一定要把驱动程序与vxWorks上的协议栈正确地"连"在一起。

系统控制

系统控制分为80960RD 对信号处理子板和交换芯片的控制以及系统检测与异常处理。

H.323的底层接口

H.323协议栈为运行在VxWorks上的第三方产品，其结构如图6。H.323协议是一套基于包交换的多媒体通信协议族。它向上为用户提供了高层的 API函数接口去实现H.323标准，向下定义了一些函数集与VxWorks接口。H.323协议栈底层接口由5个模块组成，这5个模块属于 VxWorks上的应用程序。用户要在VxWorks上编程去实现这5个模块。

1.局域网接口(LI)模块：利用VxWorks的TCP/IP协议栈抽象出IP Socket的一些操作。要在VxWorks上编程去实现这5个模块。

1.局域网接口(LI)模块：利用VxWorks的TCP/IP协议栈抽象出IP Socket的一些操作。

2.计时器(Timer)模块：利用VxWorks的时钟抽象出低层的计时操作。

3.消息(Message)模块： 利用VxWorks的消息传递机制抽象出低层的消息筛选及消息打印操作。

4.存储器(MEMF)模块：抽象出低层的存储器操作

5.协议描述语言(PDLRAW)模块：抽象出低层的PDL原始对象处理操作。

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H.323上层应用

上层的应用程序主要是利用H.323协议栈提供的API函数编程完成呼叫建立、呼叫处理、话音数据打包等功能，从而实现Internet电话的协议。

可靠性考虑

操作系统的用户希望在一个工作稳定，可以信赖的环境中工作，所以操作系统的可靠性是用户首先要考虑的问题。而稳定、可靠一直是VxWorks的一个突出优点。自从对中国的销售解禁以来，VxWorks以其良好的可靠性在中国赢得了越来越多的用户。

实时性考虑

实时性是指能够在限定时间内执行完规定的功能并对外部的异步事件作出响应的能力。实时性的强弱是以完成规定功能和作出响应时间的长短来衡量的。

从操作系统能否满足实时性要求来区分，可把操作系统分成分时操作系统和实时操作系统。

分时操作系统按照相等的时间片调度进程轮流运行，分时操作系统由调度程序自动计算进程的优先级，而不是由用户控制进程的优先级。这样的系统无法实时响应外部异步事件。

实时操作系统能够在限定的时间内执行完所规定的功能，并能在限定的时间内对外部的异步事件作出响应。分时系统主要应用于科学计算和一般实时性要求不高的场合。实时性系统主要应用于过程控制、数据采集、通信、多媒体信息

处理等对时间敏感的场合。Internet电话面向的是广大的电话用户，必须要保证话音通信的实时性，加之Internet电话系统固有的传输延时和算法延时，所以选择一个实时性良好的操作系统就显得尤为重要。

如何保证系统的实时性？当然可以采用提高硬件能力的办法，80960RD有足够的处理能力，PCI总线和外围存储器有足够的速度和容量，80960RD 内置的中断控制器也有足够的事件响应和控制能力；但只考虑硬件是不够的，还必须有一个实时操作系统。在同样的硬件条件下，运行系统所提供的是一个实时的还是一个非实时的服务，是由操作系统来决定的。在硬件条件确定之后，一个实时系统的性能好坏也是由操作系统决定的。

VxWorks 的实时性做得非常好，其系统本身的开销很小，进程调度、进程间通信、中断处理等系统公用程序精练而有效，它们造成的延迟很短。VxWorks 提供的多任务机制中对任务的控制采用了优先级抢占（Preemptive Priority Scheduling）和轮转调度（Round-Robin Scheduling）机制，也充分保证了可靠的实时性，使同样的硬件配置能满足更强的实时性要求，为应用的开发留下更大的余地。

可裁减性考虑

用户在使用操作系统时，并不是操作系统中的每一个部件都要用到。例如图形显示、文件系统以及一些设备驱动在某些嵌入系统中往往并不使用。而 Internet电话网关正是典型的嵌入式系统，操作系统映像被装在这有限的存储器(FLASH)中，动态存储器的容量也有限。为了节省存储器空间、提高运行效率，我们需要根据自己的应用裁减操作系统。

VxWorks 由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行定制的系统模块组成。VxWorks 内核最小为 8kB，即便加上其它必要模块，所占用的空间也很小，且不失其实时、多任务的系统特征。由于它的高度灵活性，用户可以很容易地对这一操作系统进行定制或作适当开发，来满足自己的实际应用需要。

开放性考虑

VxWorks有着较好的开放性。鉴于其拥有良好的声誉和众多的用户，众多第三方厂商开发了基于VxWorks的软件产品，包括： OSI，SS7，ATM，Frame Relay，CORBA，ISDN，X.25，CMIP/GDMO、H.323以及分布式网络管理等等。其中，我们可以根据需要购买一些我们感兴趣的第三方产品，从而缩短产品的开发周期，占得市场先机。

易用性考虑

开发系统的易用性也是大多数用户非常关心的问题。Tornado在主机开发环境中提供了几套非常强大的开发工具，其简洁的机制、良好的操作界面极大地方便了开发工作，提高了开发效率。