VoIP解決方案中的處理器選擇

隨著VoIP在企業(yè)語音通信市場繼續(xù)取代模擬電話，在住宅環(huán)境和中小型企業(yè)(SMBs)里也迅速采用了該技術(shù)。VoIP的優(yōu)勢，比如多線路、使用廉價數(shù)字介質(zhì)語音通信系統(tǒng)以及顯著降低了通信速率，不僅對大企業(yè)，對較小的客戶都有相當?shù)奈ΑｋS著VoIP設(shè)備、手持機、IPPBXs和網(wǎng)關(guān)等設(shè)備需求的持續(xù)增長，對更高聲音質(zhì)量的要求顯然成為首要考慮，市場反饋已經(jīng)表明，如果VoIP比典型的POTS（普通老式電話服務(wù)）的品質(zhì)更低，則主流顧客不會轉(zhuǎn)向VoIP。VoIP硬件開發(fā)商的挑戰(zhàn)是選擇一種平臺，在系統(tǒng)性能和總的材料清單（BOM）成本上實現(xiàn)恰當?shù)慕Y(jié)合，為競爭激烈的市場中提供一種成功的解決方案。 VoIP系統(tǒng)中的核心處理器是設(shè)計中的關(guān)鍵部件，在很大程度上影響處理的語音質(zhì)量、特性集合和材料清單。本文將從多個層面考查VoIP的硬件需求和選擇有效方法時又必須考慮的折衷。

VoIP應(yīng)用對處理器要求

VoIP硬件產(chǎn)品開發(fā)商需要面對的主要問題與特性集合、語音質(zhì)量、產(chǎn)品費用、研制計劃，以及設(shè)計的可擴展性有關(guān)。理想的方式是開發(fā)出一個公共的硬件/軟件平臺，以能夠滿足多個不同的產(chǎn)品。然而，每個終端設(shè)備(IP電話、IAD (集成接入設(shè)備)，家用網(wǎng)關(guān)和IP-PBX)都有不同的要求，選擇滿足所有這些要求的處理器平臺就是一個很大的挑戰(zhàn)。多數(shù)終端設(shè)備生命周期非常短，很快就會被具有新性能或不同特性的新版本取代，這種趨勢就需要有一種方法，使其具備更大的靈活性，而且有助于快速設(shè)計，該方法確保將新產(chǎn)品的上市時間減到最小。

以下表格介紹了可選用的VoIP硬件工作平臺。所有這些方案都針對具有已知性能等級和合成語音質(zhì)量的產(chǎn)品權(quán)衡了使用的材料成本清單、設(shè)計靈活性、研制計劃和上市時間。

表1：基于關(guān)鍵決策標準的VoIP設(shè)備處理器比較。

不同的方法都有各自的優(yōu)勢和缺點，所作的決定必須考慮產(chǎn)品和市場優(yōu)先順序?；谖⒖刂破鞯钠脚_為嵌入式設(shè)計人員提供一種熟悉和便宜的方法，也提供了友好的開發(fā)環(huán)境，其本身也是典型的低成本，且能簡易處理IP包。然而，對于語音編碼/解碼、回聲消除信號處理等方面的處理，微控制器不是一個很好的選擇，它對于VoIP產(chǎn)品的演化是一個有限的平臺。DSP架構(gòu)更擅長數(shù)據(jù)流處理，這對于語音處理更容易?；谶@個原因，設(shè)計中加入DSP就更有道理，這使分配給處理器的處理任務(wù)更適合執(zhí)行。但這會使材料清單有所增加，不僅僅是增加額外處理器，同時需要更多的存儲器和外設(shè)。而多芯片(無論是MCU加DSP，還是MCU加ASIC)都將增加更多的材料清單，以及更多的工作量。

專用的、功能固定的硬件是另外一種方法，它對設(shè)計靈活性有明顯的負面影響，如果是定制芯片設(shè)計，還有NRE（一次性工程費用）和上市時間方面的影響。如果是商業(yè)上可用的ASSP（特定應(yīng)用標準產(chǎn)品），設(shè)計差異化產(chǎn)品的能力將受到明顯的影響。另外一種較好的方式是搭建或購買在單芯片上集成了MCU和DSP的SOC，這能減少產(chǎn)品封裝數(shù)量，在靈活性上有一定的損失，但提供了可編程能力。MCU和DSP程序可以運用到不同的目標應(yīng)用中。

討論的最后一個方法是使用單個“匯聚”的處理器來處理控制邏輯和語音引擎?！皡R聚”處理器，就是指在獨立的DSPs領(lǐng)域具有信號處理性能的單個處理器。不同的MCU制作商都集成了某些信號處理功能，比如指令集擴展和在MCU核上有MAC單元，但這種方法缺乏為高性能信號處理所需要的根本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，來處理先進的語音質(zhì)量增強，比如高性能的回聲消除器和噪聲抑制。

ADI公司的Blackfin處理器在信號和控制程序執(zhí)行方面具備很高的性能，符合“匯聚”處理器標準。由于“匯聚”處理滿足VoIP硬件平臺中所有的關(guān)鍵性成功因素，具有明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢，因此，本文余下的部分將就這種方法展開討論。

Blackfin，優(yōu)化的媒體處理“匯聚”處理器結(jié)構(gòu)

ADI公司的Blackfin是一個單處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有其他所有RISC微控制器不具有的DSP特性，同時具有DSPs上通常不具備的重要微控制器特征，在同一個處理器核內(nèi)管理所有的包處理和媒體處理，因此是IP媒體處理的一個更高效率的解決方案。

在上面介紹的MCU加DSP方法中，設(shè)計人員實現(xiàn)VoIP方案時有個重要的瓶頸，數(shù)據(jù)必須在MCU和DSP子系統(tǒng)之間來回傳輸，這無疑引入了延遲，增加了系統(tǒng)開銷。Blackfin還是一個非常靈活的高性能處理引擎，所有Blackfin周期都可以分配為執(zhí)行控制程序處理或信號處理，沒有MCU加DSP設(shè)計方案中出現(xiàn)的某些單獨限制。另外，Blackfin還提供了一種完全可編程的解決方案，去除了將設(shè)計人員鎖定到固定編解碼器或算法的硬件塊，增加或改變某些特性都可通過軟件改變，通過可選堆疊式FLASH存儲器，或板級裝配FLASH，大大簡化了設(shè)計工作。Blackfin處理器還具有大量方案導(dǎo)向的外設(shè)和接口，可以減少開發(fā)工作量、復(fù)雜性和器件數(shù)，包括10/100以太網(wǎng)MAC、多DMA通道、LCD接口、多個串行口、并行口和音頻口，以及低功耗等特色，所有這些對解決方案都有價值。

另外，產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先的應(yīng)用級、系統(tǒng)級和開發(fā)工具軟件為Blackfin處理器提供支持。來自于Global IP Solutions的VoIP解決方案和開源Asterisk軟件包都針對Blackfin處理器作了優(yōu)化。采用系統(tǒng)級內(nèi)核和固件解決方案，ADI公司的軟件(VDK)、Unicoi (Fusion)和uClinux全部支持Blackfin處理器。

ADI公司的開發(fā)工具(VisualDSP++)和開源GNU工具允許快速代碼開發(fā)和驗證。ADI公司為了滿足不同客戶在硬件和軟件上的設(shè)計要求，支持不同的選項，覆蓋了從一系列獨立的軟件組件到完整的FOB產(chǎn)品參考設(shè)計，且具有工業(yè)領(lǐng)先水平的性能，功耗和價格。

圖1：具有面向VoIP外設(shè)的BF516低功耗Blackfin處理器。

BF516具有很高的性能，支持400MHz操作，它集成了關(guān)鍵外設(shè)，以及與其他系統(tǒng)設(shè)備的無縫接口，因此降低了BOM成本。

BF516的主要特點包括：

· 高達到400MHz的Blackfin內(nèi)核和116KB的L1片上存儲器，提供更多的性能去處理高復(fù)雜度的媒體算法；

· 帶有DMA支持的以太網(wǎng)MAC，提供了具有更少處理器開銷的網(wǎng)絡(luò)連接；

· 針對IP電話用戶接口的PPI/LCD控制器；

· 兩個SPORTS口，可連接到編解碼器和SLIC；

· 一個針對IP-PBX的可連接MMC、SD和CE-ATA設(shè)備的移動存貯接口(RSI)控制器；

· 多達40個GPIO口，可用于IP電話鍵盤和LED控制；

· 2個UARTS；

· 2個SPI接口；

· TWI (I2C)控制器；

· 8個定時器；

· 用于安全和IP保護的LockBox/8kB大小的OTP。