VoIP双模网关的研究与系统设计

双模切换模块使用了一种"假FXO接口"的方式。电路中用继电器控制各话路本身的VoIP和PSTN通路之间的双模切换。继电器在网关没有上电时默认将网关置于把话机线与PSTN线对接的状态，上电工作后由1片FPGA可编程逻辑芯片来控制继电器的切换。FPGA芯片是网关实现智能切换的关键部件，其中实现的控制逻辑包括PSTN线路上的铃流检测、话机拍簧动作检测等逻辑，并据此控制继电器进行切换。FPGA与CPU的接口可实现在VoIP网络路由不可达时切换到PSTN网络的逻辑。双模切换模块实现了FXO接口的部分功能，但不是真正的FXO接口，所以称之为"假FXO接口"。　　

FXS接口电路模块主要由SUC芯片和Codee芯片组成，分别选用Legerity公司的Le79R70芯片和Le58Q021芯片。Le58Q021 是4通道的Codec芯片，可以控制SLIC芯片(Le79R70)的工作状态，选择编码
方案(线性、a律、μ律)，还支持软件可编程SLIC的输入阻抗、平衡阻抗和频率响应特性等。系统使用1片Le58Q021和4片Le79R70协同工作支持4路话音，向话机提供馈电，产生振铃信号、检测话机摘挂机等，并负责完成电话模拟信号与PCM数字信号的相互转换。　　

语音处理DSP芯片选用AudioCodes公司的AC483，它能同时支持4通道语音编解码器，支持G．729A、G．723．1、G．727、G．726、G．711等压缩算法标准，可完成实时的语音压缩、DTMF信号的检测、产生和回音消除等工作。　　

系统CPU芯片选用Samsung公司ARM7TDMI系列的S3C4510B，其工作频率为50NHz，片内集成了丰富的通用模块，含有支持 10M／100M自适应的以太网控制器，可以直接通过PHY芯片引出以太网接口。以太网PHY芯片选用Intel公司的LXT972A芯片，它具有 1OM／100M自适应收发功能，支持全双工操作。此外，系统还使用了2MB Flash、16MB SDRAM和512KB SRAM作为存储器。　　

2．2 软件设计方案　　

软件部分主要由嵌入式操作系统和应用层软件组成，完成协议栈处理、路由处理和其他控制功能，软件方案层次结构如图5所示。

嵌入式操作系统采用μCLinux。μCLinux是一种针对无内存管理单元的处理器定制的嵌入式操作系统，具有丰富的网络功能、源代码公开、内棱可剪裁和易于移植等特点。根据硬件平台的特点，还需要开发适应硬件平台的驱动程序，包括Bootloader、串口驱动和以太网驱动。其中Boofloader 是移植uCLinux操作系统的关键，系统上电时，Bootloader负责进行硬件初始化、中断的处理和硬件时钟管理等工作，并加载操作系统映象到内存。为方便系统网络升级，Bootloader可实现TFTP网络功能。串口和以太网口驱动程序相对比较简单，实现数据的正确收发即可。　　

应用层的软件主要由H．323协议栈处理模块、路由处理模块和DSP控制模块组成。H．323协议栈负责呼叫控制和信令、音频处理和媒体实时传输等功能。系统采用比较成熟的开放源代码的OpenH323协议栈作为参考，应用层上的功能模块都是基于该协议栈开发的。路由寻址模块主要负责路由寻址和路由管理，确定目的网关的IP地址，并选择最佳路由将IP数据包经过IP网络传送到目的网关。DSP控制模块主要是在应用程序中根据通话流程编写相应的控制程序控制 DSP芯片AC483的行为。网管模块提供了Web网管和CLI命令行界面，很容易对双模网关配置和维护。　　

3 应用方案　　

系统作为用户端网关设备，可广泛应用于小区和企业。对于用户数量比较少的小区，可以将话机直接与网关连接，如图6所示。对于用户量相对较多的企业，可以与PBX交换机连接，如图7所示。

该系统基于H．323协议栈设计。目前该系统基本功能已实现，能与其他网关设备互通，并能与运营商的Gatekeeper互通。在该设计的基础上，可以通过选用处理能力更强的芯片来支持更多话路，可以增加SIP协议栈以支持双协议栈架构，还可以实现真的FXO接口电路以支持远端VoIP呼叫，这些都是系统未来可以改进的地方。

来源：全球IP通信联盟