DSP數(shù)字多功能板的工作原理與實(shí)現(xiàn)

1 引言

　　音板(tone)、主叫號(hào)碼顯示板、多頻互控收發(fā)器板、雙音頻接收器板等是程控交換機(jī)重要的公共設(shè)備。這些設(shè)備在程控交換機(jī)中是一塊塊不同的硬件單板，這些單板都是以專用集成電路(IC)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的。但要增加單板業(yè)務(wù)功能或單板所用IC停產(chǎn)時(shí)，單板生產(chǎn)廠家需要重新設(shè)計(jì)硬件電路。這樣就會(huì)增加研發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)。

　　基于此針對(duì)交換機(jī)的特點(diǎn)，以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為核心，開(kāi)發(fā)一種基于DSP的數(shù)字多功能板。該板是一個(gè)DSP硬件單板平臺(tái)，可提供多種對(duì)外接口，通過(guò)采用不同的DSP算法和微控制器程序，處理交換機(jī)所需的各種信號(hào)，完成各個(gè)單板功能，這樣便于維護(hù)和升級(jí)，節(jié)約開(kāi)發(fā)費(fèi)用，縮短開(kāi)發(fā)周期。這里以實(shí)現(xiàn)音板的具體過(guò)程為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。
 

　　2 數(shù)字多功能板架構(gòu)和工作原理

　　2.1 數(shù)字多功能板的整體架構(gòu)

　　該數(shù)字多功能板的架構(gòu)分為控制單元和功能單元兩大部分，如圖l所示。

　　微控制器MCU除控制該模塊的DSP外，對(duì)外可提供驅(qū)動(dòng)后的CPU總線，DSP則提供多通道緩沖串口MCBSP(Muhi Channel Buffer Serial)和主機(jī)并行接口HPI(Host Parallel In-teRFace)，此外還需3.5 V和3.3 V電源輸入接口。

　　以MCU為核心控制單元，負(fù)責(zé)與處理機(jī)及控制臺(tái)PC機(jī)通信，通過(guò)HPI下載DSP代碼到DSP中，并監(jiān)控DSP運(yùn)行;控制交換網(wǎng)MCV器件，完成動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配和2 Mbit/s與8 Mbit/s之間的轉(zhuǎn)換;同時(shí)可控制MCU擴(kuò)展總線上其他器件的工作。以DSP為核心功能單元，處理來(lái)自8 M位的TDM音頻碼流，實(shí)現(xiàn)具體功能。如要實(shí)現(xiàn)音板功能，則DSP讀取、發(fā)送音信號(hào)編碼數(shù)據(jù)，并控制斷續(xù)比，在各時(shí)隙循環(huán)發(fā)送相應(yīng)音信號(hào);接收用戶自定義音數(shù)據(jù)，寫入Flash，替代預(yù)置語(yǔ)音，并控制白定義音的刪除、Flash的全部擦除，實(shí)現(xiàn)靈活修改。

　　2.2 數(shù)字多功能板的軟硬件接口

　　數(shù)字多功能板對(duì)外提供經(jīng)驅(qū)動(dòng)的MCU標(biāo)準(zhǔn)總線、串行通信接口、多通道緩沖串口等。其中，串行通信接口作為MCU和DSP程序的下載串口;McBSP位2條8 M位的TDM碼流輸入輸出數(shù)字多功能板的通道。用戶可自行定義。數(shù)字多功能板MCU軟件與PC機(jī)下載軟件之間的串行通信協(xié)議。電路板設(shè)計(jì)為4層布線，模塊化形式。各接口的對(duì)外連接采用2.54 mm間距的標(biāo)準(zhǔn)連接器，以提高其互連性。與PC機(jī)的串口連接使用普通串口線，從數(shù)字多功能板的9針插座連接至PC機(jī)的COM端口9針插座。

　　2.3 數(shù)字多功能板的工作原理

　　該數(shù)字多功能板的工作原理詳細(xì)分析如下：

　　(1)代碼下載與在線修改MCU通過(guò)DSP(TMS320VC5402)的HPI接口與其通信。DSP程序代碼作為常數(shù)段存儲(chǔ)在單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器或片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，由單片機(jī)經(jīng)HPI下載到DSP片內(nèi)RAM中執(zhí)行。通過(guò)執(zhí)行代碼，DSP完成音信號(hào)發(fā)送(包括語(yǔ)音現(xiàn)場(chǎng)更新)功能。MCU器件特性和電路設(shè)計(jì)使得單片機(jī)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器或片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容可在線修改，新代碼可由PC機(jī)從COM口下載到單板中。

　　(2)音信號(hào)發(fā)送 音信號(hào)原始數(shù)據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)在DSP外掛的Flash中，DSP按一定規(guī)則讀出，由多路緩沖串口McBSP以8M位速率TDM碼流形式輸出。

　　(3)語(yǔ)音現(xiàn)場(chǎng)更新 用戶把錄好的語(yǔ)音以WAV文件形式輸入PC機(jī)程序，再將其轉(zhuǎn)換為所需格式，經(jīng)PC機(jī)COM端口把該文件傳給MCU，再轉(zhuǎn)給DSP，由DSP最終寫入Flash。要求待更新板處于備用狀態(tài)。[!--empirenews.page--]2.4 元器件選型

　　為實(shí)現(xiàn)數(shù)字多功能板，就要選用恰當(dāng)?shù)脑骷?，如：微控制器、DSP、Flash、串行接口等。 DSP選用TMS320VC5402，它是目前較為通用的高性價(jià)比16位定點(diǎn)DSP，具有100 MI/s的處理能力;MCU選用SST89C58，它內(nèi)部具有2個(gè)Flash塊，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和DSP程序固件在線修改，其指令兼容于MCS51系列單片機(jī)。便于開(kāi)發(fā)應(yīng)用;Flash選用16 M位、32 M位、64 M位封裝基本兼容的3.3 V的存儲(chǔ)器TE28F160C3。RS-232接口采用單路器件MAX3221E該器件能承受15 kV靜電沖擊，且在實(shí)際使用中不易損壞。

　　3 具體實(shí)現(xiàn)及分析

　　該數(shù)字多功能板的音板程序采用C語(yǔ)言編寫的，主要包括：與處理機(jī)通信，控制交換網(wǎng)絡(luò)，通過(guò) HPI接口下載DSP程序代碼，以及接收DSP檢測(cè)到的號(hào)碼，即MCU MCS51的程序和DSP TMS320VC5402的程序。在DSP編程時(shí)，用到TMS3-20VC5509的數(shù)字信號(hào)處理函數(shù)庫(kù)DSPLIB。DSPLIB包括常用的數(shù)字信號(hào)處理甬?dāng)?shù)，全部函數(shù)用匯編語(yǔ)言編寫，優(yōu)化程度很高，并且能被C程序調(diào)用，極大方便程序編程。圖2是音頻信息處理流程，命令“1”表示連接時(shí)隙，根據(jù)命令中的音號(hào)(若用于SP30，先做轉(zhuǎn)換)控制交換網(wǎng)絡(luò)器件，完成出入8 M HW時(shí)隙的交換;命令“4”表示斷開(kāi)連接時(shí)隙通道：命令“8”表示復(fù)位，上報(bào)命令8作為回應(yīng)。測(cè)試主要是測(cè)試接口信號(hào)。即通過(guò)示波器或PCM測(cè)試儀把每一個(gè)時(shí)隙的音放出來(lái)。通過(guò)測(cè)試看到該多功能板可提供4路或8路的模擬載波中繼，各種信號(hào)音及測(cè)試音符合《郵電部電話交換設(shè)備總技術(shù)規(guī)范書(shū)》要求。

　　2.3 數(shù)字多功能板的工作原理

　　該數(shù)字多功能板的工作原理詳細(xì)分析如下：

　　(1)代碼下載與在線修改MCU通過(guò)DSP(TMS320VC5402)的HPI接口與其通信。DSP程序代碼作為常數(shù)段存儲(chǔ)在單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器或片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，由單片機(jī)經(jīng)HPI下載到DSP片內(nèi)RAM中執(zhí)行。通過(guò)執(zhí)行代碼，DSP完成音信號(hào)發(fā)送(包括語(yǔ)音現(xiàn)場(chǎng)更新)功能。MCU器件特性和電路設(shè)計(jì)使得單片機(jī)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器或片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容可在線修改，新代碼可由PC機(jī)從COM口下載到單板中。

　　(2)音信號(hào)發(fā)送 音信號(hào)原始數(shù)據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)在DSP外掛的Flash中，DSP按一定規(guī)則讀出，由多路緩沖串口McBSP以8M位速率TDM碼流形式輸出。

　　(3)語(yǔ)音現(xiàn)場(chǎng)更新 用戶把錄好的語(yǔ)音以WAV文件形式輸入PC機(jī)程序，再將其轉(zhuǎn)換為所需格式，經(jīng)PC機(jī)COM端口把該文件傳給MCU，再轉(zhuǎn)給DSP，由DSP最終寫入Flash。要求待更新板處于備用狀態(tài)。

　　2.4 元器件選型

　　為實(shí)現(xiàn)數(shù)字多功能板，就要選用恰當(dāng)?shù)脑骷纾何⒖刂破?、DSP、Flash、串行接口等。 DSP選用TMS320VC5402，它是目前較為通用的高性價(jià)比16位定點(diǎn)DSP，具有100 MI/s的處理能力;MCU選用SST89C58，它內(nèi)部具有2個(gè)Flash塊，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和DSP程序固件在線修改，其指令兼容于MCS51系列單片機(jī)。便于開(kāi)發(fā)應(yīng)用;Flash選用16 M位、32 M位、64 M位封裝基本兼容的3.3 V的存儲(chǔ)器TE28F160C3。RS-232接口采用單路器件MAX3221E該器件能承受15 kV靜電沖擊，且在實(shí)際使用中不易損壞。

　　3 具體實(shí)現(xiàn)及分析

　　該數(shù)字多功能板的音板程序采用C語(yǔ)言編寫的，主要包括：與處理機(jī)通信，控制交換網(wǎng)絡(luò)，通過(guò) HPI接口下載DSP程序代碼，以及接收DSP檢測(cè)到的號(hào)碼，即MCU MCS51的程序和DSP TMS320VC5402的程序。在DSP編程時(shí)，用到TMS3-20VC5509的數(shù)字信號(hào)處理函數(shù)庫(kù)DSPLIB。DSPLIB包括常用的數(shù)字信號(hào)處理甬?dāng)?shù)，全部函數(shù)用匯編語(yǔ)言編寫，優(yōu)化程度很高，并且能被C程序調(diào)用，極大方便程序編程。圖2是音頻信息處理流程，命令“1”表示連接時(shí)隙，根據(jù)命令中的音號(hào)(若用于SP30，先做轉(zhuǎn)換)控制交換網(wǎng)絡(luò)器件，完成出入8 M HW時(shí)隙的交換;命令“4”表示斷開(kāi)連接時(shí)隙通道：命令“8”表示復(fù)位，上報(bào)命令8作為回應(yīng)。測(cè)試主要是測(cè)試接口信號(hào)。即通過(guò)示波器或PCM測(cè)試儀把每一個(gè)時(shí)隙的音放出來(lái)。