嵌入式VOIP电话终端设计

【摘要】本设计介绍了基于ARM9的VOIP电话设计。其中包括VOIP软硬件设计，系统验证。硬件平台是以ARM9作为核心处理器搭建的嵌入式系统，集成网络、语音编解码、键盘扫描和LCD显示模块。并在此系统上设计软件，实现VOIP电话的通信功能。

【关键词】ARM9;VOIP;SIP

1.引言

VOIP（Voice over Internet Protocol）是指利用IP网络承载语音业务。随着互联网技术和嵌入式技术的发展，VOIP技术也不断发展。

其形式也开始变得丰富起来，从最初的PC-PC，发展到PC-PHONE，PHONE-PHONE。如今，VOIP电话在企业中广泛部署。为适应嵌入式系统的发展，采用当前流行的嵌入式平台和操作系统构建一个VOIP电话终端。

本设计介绍了基于ARM9的VOIP电话设计。设计选用ARM9嵌入式处理器作为核心平台，Linux实时操作系统为开发环境，并以SIP协议作为通讯协议完成VOIP电话通信。本文介绍系统的软硬件设计、系统验证。

2.硬件设计

硬件框图：

VOIP电话的硬件系统框图如图一所示。

图一

硬件平台由ARM9处理器、存储系统、语音处理模块、通信处理模块、键盘和LCD 模块等组成。本系统选用TI 的32位ARM9实时处理器AM1808。它是VoIP电话通信控制和管理的核心，它负责操作系统的运行、资源的分配管理、数据的处理以及与外部扩展单元的通信、TCP/IP协议和SIP协议的操作等。

存储系统包括Flash和DDR2 SDRAM，用于存放嵌入式操作系统、应用程序和用户数据等，并作嵌入式文件系统;并在系统运行时用于存放系统及用户数据。

语音处理模块用于对语音信号的数字化处理。本设计选用TI的六输入六输出语音编解码芯片TLV320AIC3101，通过I2S音频总线连接ARM9处理器音频接口。

网络控制芯片采用Realtek公司生产的10/100Mbps 以太网控制器RTL8304E。通过它可实现以太网的物理层和数据链路层。该以太网控制器是RMII接口，因此易于与微处理器相连。

LCD显示器和键盘用于人机接口，在ARM嵌入式系统支持下实现各种人机操作。

3.系统软件实现

VOIP电话终端的软件结构如图二所示：

图二

硬件设备驱动程序包括音频Codec驱动、网络处理器驱动、键盘和LCD驱动。将驱动程序编译成内核的一个可载人模块并链入内核，生成新的可以在目标板上运行的内核，然后将内核烧入Flash中，使他们能正常使用。

Linux嵌入式系统提供应用软件的基础和开发平台，具有将时间、中断、I/O、定时器等资源包装起来给标准的API程序调用。由于存储空间的限制，因此需要根据嵌入式系统特点把Linux内核进行裁减。针对VOIP电话系统的AM1808的ARM9的硬件平台，修改Linux-2.6内核。由于论文篇幅所限，具体工作请参考相关资料。

SIP协议是本系统的核心之一。SIP是一个基于request-response模式的协议，用于呼叫的控制，包括呼叫的建立、维护和终结，以及根据呼叫进展情况动态调整和修改相关属性。SIP协议的相关操作包括：SIP消息的发送和接收、消息的生成与分析、状态机的保存与转换、SIP对话的管理、SIP事务处理机制的运行、SDP消息的构造、解析和双方媒体协商处理，以及终端的注册等功能。

应用程序实现VOIP电话终端程序的初始化，创建线程;管理程序中各模块信息，为它们分配资源;通过与用户的交互，负责在全局上控制和管理其他各模块的工作及模块间的通信;并作为SIP用户的运行平台，实现整个系统的呼叫发起、呼叫响应及呼叫结束的功能。在整个系统的工作过程中，信令与数据的传输与控制都是采用UDP方式实现的。在整个会话过程中，用来保障实时数据传输的协议是RTP协议。

4.系统验证

将设计的VOIP终端连接到思科Call manager上。经过对终端的注册、呼叫、撤销呼叫、语音通信等功能进行测试，VOIP终端基于SIP协议可以实现注册、呼叫等基本功能。在语音传输方面，本终端可以进行实时语音传输，语音质量较好，延迟较小。

5.总结

在VoIP原理的基础上，设计基于ARM9平台的嵌入式VoIP电话终端的软硬件。该设计采用当前流行的嵌入式开发平台和开源的Linux搡作系统实现了VOIP语音通话功能。

参考文献

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