基于TMS320VC5410的會(huì)議電話的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言
    會(huì)議電話是電信數(shù)字交換系統(tǒng)的一項(xiàng)重要業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶之間同時(shí)通話。以往會(huì)議電話大都采用專(zhuān)用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著DSP技術(shù)的進(jìn)步，采用通用DSP實(shí)現(xiàn)會(huì)議電話由于具有容量大，成本低，升級(jí)靈活等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為首選方案。
    TI公司低功耗高性能的DSP TMS320VC5410具有3條獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和1條程序總線，提供高度并行性，其多通道緩沖串口McBSP(Multichannel Buffered Serial Port)可以很容易地接口數(shù)字交換系統(tǒng)中常用的ST-BUS鏈路，DMA控制器可以最大限度地減少DSP內(nèi)部CPU的占用時(shí)間，片上RAM可以方便地提供程序運(yùn)行空間和McBSP的收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，因此本文中采用該DSP實(shí)現(xiàn)會(huì)議電話功能。

算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
    會(huì)議電話的實(shí)現(xiàn)可以采用最大值輸出法。這種方法是將同一幀內(nèi)到達(dá)的通話各方的話音幅度進(jìn)行比較，一般是講話人的幅度最大，找出幅度最大的話音和幅度第二大的話音后將幅度第二大的話音送給講話人，而將幅度最大的話音送給其他用戶。

      圖1 最大值輸出法會(huì)議電話示意圖

    圖1是最大值輸出法會(huì)議電話的示意圖。圖中是以四方會(huì)議為例，A、B、C、D四方的第M幀PCM編碼送入TMS320VC5410后在第M+1幀期間進(jìn)行比較，假定判斷出A的話音幅度最大，B 的話音幅度第二大，于是在第M+2幀B的話音送給用戶A，A的話音送給B、C、D三方用戶，A用戶聽(tīng)到的是B用戶的聲音，其他用戶聽(tīng)到的是A用戶的聲音。

    圖2給出了會(huì)議電話的DSP數(shù)據(jù)處理流程圖。
 
     圖2 會(huì)議電話的DSP數(shù)據(jù)處理流程圖


    首先DSP同時(shí)啟動(dòng)McBSP的收發(fā)端口，當(dāng)McBSP的接收端口收到ST-BUS鏈路送來(lái)的第M幀對(duì)應(yīng)于某一用戶時(shí)隙的8 bit A律(或m律，下面以我國(guó)的A律編碼為例)PCM話音數(shù)據(jù)后，先將其轉(zhuǎn)成13 bit線性碼，然后在線性碼的右端補(bǔ)上3 bit的0送給接收寄存器DRR1，這是因?yàn)門(mén)MS320VC5410 是16位的，只能對(duì)片上RAM按16 bit訪問(wèn)，為提高算法效率，設(shè)計(jì)中使用了線性碼進(jìn)行話音幅度比較。線性碼轉(zhuǎn)換完成后McBSP通知分配給它的接收DMA控制器，此時(shí)，DRR1的數(shù)據(jù)已就緒，接收DMA控制器立即將此16 bit數(shù)據(jù)按照其對(duì)應(yīng)的地址寫(xiě)入接收緩沖區(qū)中。我們?cè)贒SP的片上RAM中給McBSP的接收和發(fā)送端口各分配了2幀的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。為方便軟件處理，配置DMA時(shí)，在分配給它的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)達(dá)到半滿和全滿時(shí)，向DSP內(nèi)的CPU發(fā)送中斷，因此DMA接收完第M幀話音數(shù)據(jù)后向CPU發(fā)送中斷。

    當(dāng)CPU收到DMA中斷時(shí)，表明DMA已經(jīng)接收到了第M幀全部時(shí)隙的數(shù)據(jù)，CPU在第M+1幀的期間依據(jù)每一個(gè)會(huì)議電話中與會(huì)用戶所對(duì)應(yīng)的時(shí)隙號(hào)，對(duì)存于接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的用戶的第M幀話音數(shù)據(jù)取絕對(duì)值后進(jìn)行幅度大小比較，找到最大的話音和第二大的話音，分別將它們寫(xiě)入第M+2幀與會(huì)用戶對(duì)應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址內(nèi)。
在第M+2幀時(shí)發(fā)送DMA控制器從它的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)依次讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)送給McBSP的發(fā)送端口，發(fā)送端口首先將此線性碼語(yǔ)音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成A律語(yǔ)音數(shù)據(jù)，然后完成PCM話音數(shù)據(jù)發(fā)送。

DSP配置
    TMS320VC5410有3個(gè)McBSP和6個(gè)DMA，可以全部用于會(huì)議電話的實(shí)現(xiàn)?？梢詫MA0~2依次分給McBSP0~2的接收端口，DMA3~5依次分給McBSP0~2的發(fā)送端口。
片上RAM分配

    TMS320VC5410具有8K字16-bit 片上雙訪問(wèn)RAM (DARAM) 和56K字16-bit片上單訪問(wèn)RAM (SARAM)。DARAM由4塊組成，每塊大小為2K字。每塊可以在同一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)讀兩次或者讀寫(xiě)各一次，因此適合用于DSP與Host之間的消息緩沖區(qū)，故將數(shù)據(jù)空間的0080h-1FFFh映射為DARAM。SARAM由7塊組成，每塊大小為8K字。SARAM可以在同一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)讀一塊，寫(xiě)另一塊，因此適合用于運(yùn)行程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，程序空間的2000h?FFFh映射為SARAM，數(shù)據(jù)空間的8000h蠪FFFh映射為SARAM。對(duì)于片上RAM的分配見(jiàn)圖3，具體分配如下所示：
 
圖3 片上RAM分配示意圖

1．0x0080~0x1FFF，DSP與Host的消息緩沖區(qū)。
2．0x2000~0x4FFF，DSP程序區(qū)，包括目標(biāo)文件的.text和.cinit段。其中0x2000~0x2080為DSP的中斷向量表。
3．0x5000~0x7FFF，DSP數(shù)據(jù)區(qū)，包括DSP文件的.bss 和 .stack段。
4．0x8000~0x803F，DMA0緩沖區(qū)，用于McBSP0的接收。
5．0x8040~0x807F，DMA1 緩沖區(qū)，用于McBSP1的接收。
6．0x8080~0x80BF，DMA2 緩沖區(qū)，用于McBSP2的接收。
7．0x80C0~0x80FF，DMA3 緩沖區(qū)，用于McBSP0的發(fā)送。
8．0x8100~0x813F，DMA4 緩沖區(qū)，用于McBSP1的發(fā)送。
9．0x8140~0x817F，DMA5 緩沖區(qū)，用于McBSP2的發(fā)送。

McBSP的配置
     McBSP支持2M和8M ST-BUS鏈路，這里我們以4.096M輸入時(shí)鐘的2.048M ST-BUS鏈路為例，見(jiàn)圖4 ST-BUS鏈路示意圖。McBSP的配置主要涉及以下四個(gè)寄存器。

           圖4 ST-BUS鏈路示意圖
1．引腳控制寄存器(PCR)
    CLK(R/X)M = 1, 由內(nèi)部采樣率發(fā)生器產(chǎn)生內(nèi)部收發(fā)時(shí)鐘CLK(R/X)；FS(R/X)P = 1，幀同步低有效。

2．接收/發(fā)送控制寄存器(RCR/XCR)
    (RX)PHASE = 0，單相位幀；(R/X)FRLEN1 = 11111，每幀32 字；(R/X)WDLEN1 = 0，字寬度8-bit；(R/X)COMPAND = 11，接收/發(fā)送數(shù)據(jù)使用A律壓擴(kuò)；(R/X)DATDLY = 0，無(wú)數(shù)據(jù)延遲。

3．采樣率發(fā)生寄存器(SRGR)
    CLKGDV = 1，接收/發(fā)送時(shí)鐘CLK(R/X)的頻率是CLKS的1/2； 
    GSYNC = 1，外部接收幀同步FSR同步CLKG；CLKSP = 1，CLKS的下降沿產(chǎn)生采樣率發(fā)生器的CLKG，進(jìn)而產(chǎn)生CLK(R/X)；CLKSM = 1，外部時(shí)鐘CLKS驅(qū)動(dòng)采樣率發(fā)生器。 

4．多通道控制寄存器(MCR1,2)
    RMCM = 0，接收全部時(shí)隙使能。XMCM=00，發(fā)送全部時(shí)隙使能。

DMA的配置
    DMA0~2依次分配給McBSP0~2的接收，DMA3~5依次分配給McBSP0~2的發(fā)送。具體配置如下描述：

1．DMA源地址寄存器(DMSRC)
接收DMA的DMSRC存放其對(duì)應(yīng)的McBSP的DRR的地址；
發(fā)送DMA的DMSRC存放其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址。

2．DMA目的地址寄存器(DMDST)
接收DMA的DMDST存放其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址；
發(fā)送DMA的DMDST存放其對(duì)應(yīng)的McBSP的DXR的地址。

3．DMA通道單元計(jì)數(shù)寄存器(DMCTR)
DMCTR的值設(shè)置了DMA數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小，取為0x40，即兩數(shù)據(jù)幀所包含的用戶時(shí)隙數(shù)。

4．DMA 同步事件和幀計(jì)數(shù)寄存器(DMSFC)
DSYN[3:0]=0001，同步事件為McBSP0的接收事件REVT0；
DBLW = 0，單字模式，每一項(xiàng)是16 bit。

5．DMA傳輸模式控制寄存器(DMMCR) 
AUTOINIT = 0，禁止自動(dòng)初始化；DMA0的DINM = 1，IMOD = 1，DMA的緩沖區(qū)半滿和全滿時(shí)產(chǎn)生中斷；
DMA 1~5的DIMM=0，IMOD = X，不產(chǎn)生DMA中斷；
CTMOD = 1，DMA工作于ABU模式；
DMA0~2的SIND=000，接收DMA取為源地址不變；
DMA3~5的SIND=001，發(fā)送DMA取為源地址遞增； 
DMS = 01，DMA源地址空間為數(shù)據(jù)空間；
DMA0~2的DIND=000，接收DMA取為目的地址遞增；
DMA3~5的DIND=001，發(fā)送DMA取為目的地址不變； 
DMD = 01，DMA目的地址空間為數(shù)據(jù)空間。

性能計(jì)算
    會(huì)議電話要求在每一幀所產(chǎn)生的DMA中斷服務(wù)程序中必須完成對(duì)所有會(huì)議的與會(huì)用戶的話音處理。我們以運(yùn)算速度100MIPS的TMS320VC5410為例，該DSP一個(gè)指令周期的時(shí)間為10ns，因此在ST-BUS一幀125ms內(nèi)可處理的指令數(shù)為125ms /10ns=12500條。由于所有用戶均參加同一個(gè)會(huì)議并且話音幅度按照時(shí)隙數(shù)遞增時(shí)DSP的運(yùn)算處理量最大，因此我們按照上述條件來(lái)計(jì)算處理能力。假設(shè)一個(gè)會(huì)議發(fā)起時(shí)，可同時(shí)參加的用戶數(shù)為x，則有如下不等式： 
26x+254≤12500

    其中254為中斷服務(wù)程序的公共指令周期數(shù)，26為每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的指令周期數(shù)。
    由上式推算出x≤471，而三條McBSP鏈路可同時(shí)處理3×32=96個(gè)用戶(2M ST-BUS鏈路)或者3×128=384個(gè)用戶(8M ST-BUS鏈路)，所以會(huì)議電話的最大用戶數(shù)最終由McBSP決定，即采用2M ST-BUS鏈路時(shí)支持96個(gè)用戶，采用8M ST-BUS鏈路時(shí)支持384個(gè)用戶。

    使用匯編語(yǔ)言代碼效率高，程序執(zhí)行速度快。上述算法DMA中斷服務(wù)程序是采用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)踐證明該算法是高效的。

結(jié)語(yǔ)
    本文介紹的基于TMS320VC5410的會(huì)議電話解決方案已成功地應(yīng)用于CDMA系統(tǒng)MSC中，網(wǎng)上實(shí)際運(yùn)行充分驗(yàn)證了該方案具有大容量和高性能價(jià)格比的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：
1. TI , TMS320C54x_ DSP Functional Overview.
2. TI ,TMS320VC5410 Fixed-Point Digital Signal Processor Data Manual.
3. TI , TMS320C54x DSP Reference Set Volume 5: Enhanced Peripherals.
4. TI , TMS320C54x DSP Reference Set Volume 1: CPU and Peripherals.
5. MITEL , MT9042C Multitrunk System Synchronizer.