实用以太网电话机

其它接口电路

除上述电路以外， FPGA芯片内还构建了以下一些必要的接口电路：  

* 叉簧开关接口
* 拨号键盘接口
* LED接口
* RS232接口
* 配置电路和AS接口
* JTAG接口  

软件方案

由于采用了FPGA芯片，大量的信号处理工作已由硬件完成，因此以太网电话机的软件相对较为简单。整机软件由嵌入式操作系统、网络通信协议和电话应用软件三部分组成。  

嵌入式操作系统

出于成本考虑，以太网电话机选择使用“开源”嵌入式操作系统μC/OS II。由于语音信号的数字处理过程基本已由FPGA硬件完成，操作系统主要起控制和管理作用，所以使用μC/OS II完全能够胜任。μC/OS II无内嵌网络通信协议，在应用时要另行移植TCP/IP网络通信协议到μC/OS II操作系统中。  

LwIP网络通信协议

以太网电话机必须采纳通用的以太网网络通信协议，即TCP/IP协议。这是以太网电话机能通过网络实现电话通信的关键软件。经研究，选择了LwIP来实现TCP/IP通信。LwIP具有很好的兼容性，稍微修改后即可移植到μC/OS II操作系统中并置于μC/OS II的管理和控制之下。  

在本项目进行时，LwIP协议栈还没有被加入到Altera公司的官方软件中。但目前Altera公司已经把它集成到其IDE里，最常用和最重要的TCP、IP、UDP、ARP、DHCP等协议均已得到支持，使用更为方便。  

电话应用软件

传统的电话机自身无需任何软件即可工作，其信令传输、信号音和话音的接续、交换依赖于程控交换机端的软件来检测和控制。以太网电话机因为不要求网络端提供额外设备，所以这些功能都要由电话机来实现。从一定意义上来讲，是把程控交换机的功能分散到各个电话机来实现。所以，以太网电话机的应用软件十分类似于小程控交换机的软件，主要有检测摘挂机状态、启闭各种信号音、检测拨号信息、向被叫送振铃信息、和被叫交换语音数据等。  

以太网电话机的工作过程  

本以太网电话机制作并调试完成后，实现了网络电话交换的功能，音质优良，感觉不出噪声和延时，而且没有回声。

电话机上电后，FPGA首先自动从EPCS4芯片处取得配置数据，完成对FPGA芯片的逻辑编程，构建成片内Nios II处理器、硬件外设接口电路和数字语音处理等逻辑电路。接着，以太网电话机启动初始化程序，完成对硬件的初始化检测、硬件外围设备工作状态的设定，自动把放置在Flash RAM中的应用程序加载到SDRAM中。然后，以太网电话机转入电话应用程序，监测本机的摘挂机状态和来自网络的其它电话机呼叫信号。  

当检测到本机摘机后，以太网电话机给本机送拨号音，随即监测来自拨号键盘的信息。收到正确的拨号信息后，电话机查找存储的“号码—IP地址”对照表，向被叫用户发送呼叫信息。如果拨号有误，电话机发忙音，提示用户挂机。  

被叫收到来自网络上主叫电话机的呼叫后，如果原处于摘机或振铃状态，则向主叫返回“忙”信息，主叫收到后结束呼叫，向本机送忙音。如果被叫处于挂机又不振铃状态，则向主叫返回“闲”信息。主叫收到被叫的“闲”信息后，向本机送回铃音，同时向被叫发“振铃”信息。被叫收到“振铃”信息后，电话机振铃，振铃音和主叫的回铃音同步。一旦被叫摘机，立即停止振铃，发“通话”信息给主叫。主叫收到“通话”信息后停送本机回铃音，返回“通话”信息给被叫，双方进入通话状态。通话过程中，主、被叫发送各自的语音数据包给对方，同时接收对方发来的语音数据包。在此期间，两电话机随时检测本机的摘挂机状态。任何一方电话机挂机后，停送语音数据包，向对方发“结束”信号。对方收到“结束”信号后，亦停送语音数据包，向本机送忙音，提示用户挂机。

结语  

以太网的应用现已十分普及，有了以太网电话机，只要把电话机往网络上一接，就能给网络增加内线电话的功能。而由于以太网接入广域网的技术十分成熟，只要再开发相应的软件，通过以太网电话机实现网间电话通信也是可能的。  

本文虽然只以最普通的双方通话说明了以太网电话机的功能，但只要网络带宽条件允许，通过软件开发，其它的许多电话功能以至语音调度功能都可以在以太网电话机上实现，并且依然无需在网络上增添额外设备。这些功能包括呼叫转移、热线呼叫、遇忙回叫、来电显示、免打扰、多方会议、广播、分组会议、用户权限设定、监听、强占强插等等。总之，以太网电话机可为语音的交换和调度提供一种新的解决思路。