基于DSP数字多功能板的实现

1 引言
    音板(tone)、主叫号码显示板、多频互控收发器板、双音频接收器板等是程控交换机重要的公共设备。这些设备在程控交换机中是一块块不同的硬件单板，这些单板都是以专用集成电路(IC)来实现其功能的。但要增加单板业务功能或单板所用IC停产时，单板生产厂家需要重新设计硬件电路。这样就会增加研发成本和风险。
    基于此，针对交换机的特点，以数字信号处理技术为核心，开发一种基于DSP的数字多功能板。该板是一个DSP硬件单板平台，可提供多种对外接口，通过采用不同的DSP算法和微控制器程序，处理交换机所需的各种信号，完成各个单板功能，这样便于维护和升级，节约开发费用，缩短开发周期。这里以实现音板的具体过程为例进行详细阐述。

2 数字多功能板架构和工作原理
2．1 数字多功能板的整体架构
    该数字多功能板的架构分为控制单元和功能单元两大部分，如图l所示。

    微控制器MCU除控制该模块的DSP外，对外可提供驱动后的CPU总线，DSP则提供多通道缓冲串口MCBSP(Muhi Channel Buffer Serial)和主机并行接口HPI(Host Parallel In-terface)，此外还需3．5 V和3．3 V电源输入接口。
    以MCU为核心控制单元，负责与处理机及控制台PC机通信，通过HPI下载DSP代码到DSP中，并监控DSP运行；控制交换网MCV器件，完成动态时隙分配和2 Mbit／s与8 Mbit／s之间的转换；同时可控制MCU扩展总线上其他器件的工作。以DSP为核心功能单元，处理来自8 M位的TDM音频码流，实现具体功能。如要实现音板功能，则DSP读取、发送音信号编码数据，并控制断续比，在各时隙循环发送相应音信号；接收用户自定义音数据，写入Flash，替代预置语音，并控制白定义音的删除、Flash的全部擦除，实现灵活修改。
2．2 数字多功能板的软硬件接口
    数字多功能板对外提供经驱动的MCU标准总线、串行通信接口、多通道缓冲串口等。其中，串行通信接口作为MCU和DSP程序的下载串口；McBSP位2条8 M位的TDM码流输入输出数字多功能板的通道。用户可自行定义。数字多功能板MCU软件与PC机下载软件之间的串行通信协议。电路板设计为4层布线，模块化形式。各接口的对外连接采用2．54 mm间距的标准连接器，以提高其互连性。与PC机的串口连接使用普通串口线，从数字多功能板的9针插座连接至PC机的COM端口9针插座。[!--empirenews.page--]
2．3 数字多功能板的工作原理
    该数字多功能板的工作原理详细分析如下：
    (1)代码下载与在线修改MCU通过DSP(TMS320VC5402)的HPI接口与其通信。DSP程序代码作为常数段存储在单片机片内程序存储器或片外数据存储器中，由单片机经HPI下载到DSP片内RAM中执行。通过执行代码，DSP完成音信号发送(包括语音现场更新)功能。MCU器件特性和电路设计使得单片机的片内程序存储器或片外数据存储器内容可在线修改，新代码可由PC机从COM口下载到单板中。
    (2)音信号发送 音信号原始数据预先存储在DSP外挂的Flash中，DSP按一定规则读出，由多路缓冲串口McBSP以8M位速率TDM码流形式输出。
    (3)语音现场更新 用户把录好的语音以WAV文件形式输入PC机程序，再将其转换为所需格式，经PC机COM端口把该文件传给MCU，再转给DSP，由DSP最终写入Flash。要求待更新板处于备用状态。
2．4 元器件选型
    为实现数字多功能板，就要选用恰当的元器件，如：微控制器、DSP、Flash、串行接口等。 DSP选用TMS320VC5402，它是目前较为通用的高性价比16位定点DSP，具有100 MI／s的处理能力；MCU选用SST89C58，它内部具有2个Flash块，以实现单片机和DSP程序固件在线修改，其指令兼容于MCS51系列单片机。便于开发应用；Flash选用16 M位、32 M位、64 M位封装基本兼容的3．3 V的存储器TE28F160C3。RS-232接口采用单路器件MAX3221E该器件能承受15 kV静电冲击，且在实际使用中不易损坏。

3 具体实现及分析
    该数字多功能板的音板程序采用C语言编写的，主要包括：与处理机通信，控制交换网络，通过 HPI接口下载DSP程序代码，以及接收DSP检测到的号码，即MCU MCS51的程序和DSP TMS320VC5402的程序。在DSP编程时，用到TMS3-20VC5509的数字信号处理函数库DSPLIB。DSPLIB包括常用的数字信号处理甬数，全部函数用汇编语言编写，优化程度很高，并且能被C程序调用，极大方便程序编程。图2是音频信息处理流程，命令“1”表示连接时隙，根据命令中的音号(若用于SP30，先做转换)控制交换网络器件，完成出入8 M HW时隙的交换；命令“4”表示断开连接时隙通道：命令“8”表示复位，上报命令8作为回应。测试主要是测试接口信号。即通过示波器或PCM测试仪把每一个时隙的音放出来。通过测试看到该多功能板可提供4路或8路的模拟载波中继，各种信号音及测试音符合《邮电部电话交换设备总技术规范书》要求。

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    语音及信号音最多提供128个信道，其总时长达4～136 min可选(与Flash器件型号和数量有关)。模拟呼叫接通率达9999%以上。电路成本较低，利用单片机SST89C58的特点，在数字多功能板为脱机状态时，通过PC机控制台串行接口实现在系统固件版本升级。
    该设计实现了基于DSP技术的数字多功能板。该多功能板是通用性强的二次开发板，是一个采用MCU和DSP实现的最小系统。提供多种对外接口，以适应不同厂家的接入需要。这样其他厂家在这个开发板的基础上可增加各自的通信接口电路和专用时隙复用器件，从而便于产品开发，缩短研发周期。
    目前市场上基于DSP的开发板只有一个单DSP，而该系统设计的数字多功能板多采用一块单片机，另外DSP寻址Flash的方法也和其他的开发板不同，具有独创性。

4 结束语
    针对程控交换机中专用集成电路的技术要求和具体特点，以TI公司的TMS320VC5402型DSP 为控制核心，将DSP应用于程控交换机的单板系统设计中，实现了基于DSP技术的数字多功能板设计，并对数字信号处理算法等进行实际验证。该多功能板可通过更换不同的DSP算法和MCU程序，实现各种单板具有的功能，可应用于程控交换机中，为维护和升级带来方便。因此，拓展网络交换领域交换机的业务性能，具有很强的适应性以及广阔的市场前景。