1 引言
音板(tone)、主叫號碼顯示板、多頻互控收發(fā)器板、雙音頻接收器板等是程控交換機重要的公共設備。這些設備在程控交換機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)來實現(xiàn)其功能的。但要增加單板業(yè)務功能或單板所用IC停產時，單板生產廠家需要重新設計硬件電路。這樣就會增加研發(fā)成本和風險。
基于此針對交換機的特點，以數字信號處理技術為核心，開發(fā)一種基于DSP的數字多功能板。該板是一個DSP硬件單板平臺，可提供多種對外接口，通過采用不同的DSP算法和微控制器程序，處理交換機所需的各種信號，完成各個單板功能，這樣便于維護和升級，節(jié)約開發(fā)費用，縮短開發(fā)周期。這里以實現(xiàn)音板的具體過程為例進行詳細闡述。
2 數字多功能板架構和工作原理
2.1 數字多功能板的整體架構
該數字多功能板的架構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，對外可提供驅動后的CPU總線，DSP則提供多通道緩沖串口MCBSP(Muhi Channel Buffer Serial)和主機并行接口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，負責與處理機及控制臺PC機通信，通過HPI下載DSP代碼到DSP中，并監(jiān)控DSP運行;控制交換網MCV器件，完成動態(tài)時隙分配和2 Mbit/s與8 Mbit/s之間的轉換;同時可控制MCU擴展總線上其他器件的工作。以DSP為核心功能單元，處理來自8 M位的TDM音頻碼流，實現(xiàn)具體功能。如要實現(xiàn)音板功能，則DSP讀取、發(fā)送音信號編碼數據，并控制斷續(xù)比，在各時隙循環(huán)發(fā)送相應音信號;接收用戶自定義音數據，寫入Flash，替代預置語音，并控制白定義音的刪除、Flash的全部擦除，實現(xiàn)靈活修改。
2.2 數字多功能板的軟硬件接口
數字多功能板對外提供經驅動的MCU標準總線、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碼流輸入輸出數字多功能板的通道。用戶可自行定義。數字多功能板MCU軟件與PC機下載軟件之間的串行通信協(xié)議。電路板設計為4層布線，模塊化形式。各接口的對外連接采用2.54 mm間距的標準連接器，以提高其互連性。與PC機的串口連接使用普通串口線，從數字多功能板的9針插座連接至PC機的COM端口9針插座。
2.3 數字多功能板的工作原理
該數字多功能板的工作原理詳細分析如下：
(1)代碼下載與在線修改MCU通過DSP(TMS320VC5402)的HPI接口與其通信。DSP程序代碼作為常數段存儲在單片機片內程序存儲器或片外數據存儲器中，由單片機經HPI下載到DSP片內RAM中執(zhí)行。通過執(zhí)行代碼，DSP完成音信號發(fā)送(包括語音現(xiàn)場更新)功能。MCU器件特性和電路設計使得單片機的片內程序存儲器或片外數據存儲器內容可在線修改，新代碼可由PC機從COM口下載到單板中。
(2)音信號發(fā)送 音信號原始數據預先存儲在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)語音現(xiàn)場更新 用戶把錄好的語音以WAV文件形式輸入PC機程序，再將其轉換為所需格式，經PC機COM端口把該文件傳給MCU，再轉給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
為實現(xiàn)數字多功能板，就要選用恰當的元器件，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比16位定點DSP，具有100 MI/s的處理能力;MCU選用SST89C58，它內部具有2個Flash塊，以實現(xiàn)單片機和DSP程序固件在線修改，其指令兼容于MCS51系列單片機。便于開發(fā)應用;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，且在實際使用中不易損壞。
3 具體實現(xiàn)及分析
該數字多功能板的音板程序采用C語言編寫的，主要包括：與處理機通信，控制交換網絡，通過 HPI接口下載DSP程序代碼，以及接收DSP檢測到的號碼，即MCU MCS51的程序和DSP TMS320VC5402的程序。在DSP編程時，用到TMS3-20VC5509的數字信號處理函數庫DSPLIB。DSPLIB包括常用的數字信號處理甬數，全部函數用匯編語言編寫，優(yōu)化程度很高，并且能被C程序調用，極大方便程序編程。圖2是音頻信息處理流程，命令“1”表示連接時隙，根據命令中的音號(若用于SP30，先做轉換)控制交換網絡器件，完成出入8 M HW時隙的交換;命令“4”表示斷開連接時隙通道：命令“8”表示復位，上報命令8作為回應。測試主要是測試接口信號。即通過示波器或PCM測試儀把每一個時隙的音放出來。通過測試看到該多功能板可提供4路或8路的模擬載波中繼，各種信號音及測試音符合《郵電部電話交換設備總技術規(guī)范書》要求。
2.3 數字多功能板的工作原理
該數字多功能板的工作原理詳細分析如下：
(1)代碼下載與在線修改MCU通過DSP(TMS320VC5402)的HPI接口與其通信。DSP程序代碼作為常數段存儲在單片機片內程序存儲器或片外數據存儲器中，由單片機經HPI下載到DSP片內RAM中執(zhí)行。通過執(zhí)行代碼，DSP完成音信號發(fā)送(包括語音現(xiàn)場更新)功能。MCU器件特性和電路設計使得單片機的片內程序存儲器或片外數據存儲器內容可在線修改，新代碼可由PC機從COM口下載到單板中。
(2)音信號發(fā)送 音信號原始數據預先存儲在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)語音現(xiàn)場更新 用戶把錄好的語音以WAV文件形式輸入PC機程序，再將其轉換為所需格式，經PC機COM端口把該文件傳給MCU，再轉給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
為實現(xiàn)數字多功能板，就要選用恰當的元器件，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比16位定點DSP，具有100 MI/s的處理能力;MCU選用SST89C58，它內部具有2個Flash塊，以實現(xiàn)單片機和DSP程序固件在線修改，其指令兼容于MCS51系列單片機。便于開發(fā)應用;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，且在實際使用中不易損壞。
3 具體實現(xiàn)及分析
該數字多功能板的音板程序采用C語言編寫的，主要包括：與處理機通信，控制交換網絡，通過 HPI接口下載DSP程序代碼，以及接收DSP檢測到的號碼，即MCU MCS51的程序和DSP TMS320VC5402的程序。在DSP編程時，用到TMS3-20VC5509的數字信號處理函數庫DSPLIB。DSPLIB包括常用的數字信號處理甬數，全部函數用匯編語言編寫，優(yōu)化程度很高，并且能被C程序調用，極大方便程序編程。圖2是音頻信息處理流程，命令“1”表示連接時隙，根據命令中的音號(若用于SP30，先做轉換)控制交換網絡器件，完成出入8 M HW時隙的交換;命令“4”表示斷開連接時隙通道：命令“8”表示復位，上報命令8作為回應。測試主要是測試接口信號。即通過示波器或PCM測試儀把每一個時隙的音放出來。