基于AC48304的嵌入式多路语音记录器

1． 引言

数字多路语音记录器在安全、监控方面有很多应用。一些传统的设计方案基于工控机，用数据采集卡实现语音的A/D转换，用软件实现语音编解码，这种方案成本高、功耗大。如果采用嵌入式的设计方案，可以实现同样的功能，并且具有低成本，低功耗的特点。

普通的低成本嵌入式处理器性能不高，不足以实现多路语音的实时编码、解码，需要用专门的语音处理芯片完成这一工作。基于DSP自主设计语音编码器是一种方法，但工作量大。AC48304广泛应用于各种小型VOIP网关中，价格低廉，是一种很好的替代方案。同时AC48304还具有DTMF识别和静音检测等功能，便于实现电话号码识别和语音的自动记录。

ARM是一种应用广泛的嵌入式处理器，Samsung、Atmel等厂家生产的ARM处理器接口丰富，技术支持全面。ARM处理器价格低、性价比高，向下取代了大量单片机的应用，向上渗透高端嵌入式处理器的市场。在本多路语音记录器中，采用了Samsung的ARM9处理器S3C2410，操作系统则采用了嵌入式linux。

2． 系统结构

语音记录器包括语音处理模块、ARM系统模块、硬盘记录模块、网络接口模块几个部分。为使系统配置灵活，将系统设计为主控板和扩展板两个部分，在主控板上实现16路语音通道，另设计一个16通道的语音扩展板，整个系统可以用4的倍数进行语音通道的扩展，最多达到32个语音通道。计算机控制部分集成S3C2410 处理器、64MB SDRAM及16MB 的FLASH，构成一个嵌入式小系统。

语音CODEC采用AMD的LE58QL021，该器件是3.3V单电压用户线语音处理器，在小型语音网关中是AC48304的常用搭配，支持4通道语音AD/DA，支持E1 PCM Highway，能与AC48304实现无缝连接。LE58QL021的工作模式可软件编程控制，ARM通过MPI（Microprocessor Interface）串行控制总线设置LE58QL021的各种工作参数。

基于DM9000网络控制器，系统实现10/100Mbps自适应以太网接口，Linux操作系统提供设备驱动支持。IDE接口则是由一片CPLD实现，硬盘用于语音的本地记录。主要部分电路原理见图1。



图1 语音处理模块的硬件电路原理图

3． AC48304语音处理器

AC48304是AudioCodes公司基于DSP设计的一个四通道语音处理器，支持多种标准、多种码率的G系列语音编码器，如G.723.1，G.711，G.726和G.729等，支持T.38传真中继和其他语音信号处理功能。在系统中，ARM通过CPU局部总线实现对AC48304的控制及数据交换。AC48304与LE58QL021之间通过E1 PCM Highway接口实现多通道数字语音接口。E1接口由2.048Mhz时钟驱动，有0"31共32个8位时隙，工作时序如图2所示。



图2 PCM Highway时序

AC48304是一种专用的语音处理DSP芯片，需要运行相应的DSP程序。正常运行前， AC48304有两个程序需要下载：kernel（内核）程序和application（应用）程序。kernel程序是个只有几百字节的小程序，完成DSP的初始化工作，为下载应用程序做准备。application程序则完成AC48304的所有功能，在kernel程序程序下载完成后，才可以下载application程序。AC48304有4个工作模式：内核下载模式、程序下载模式、初始化模式、运行模式。其中运行模式有两个状态：空闲状态和激活状态，用户只能在空闲状态改变芯片的工作参数。

4． 软件设计

4．1Linux中的驱动程序设计

操作系统采用的是嵌入式Linux操作系统。Linux具有效率高、内核小的优点，且开放源代码，完全免费。在Linux操作系统下，应用程序不能直接访问硬件，尽管Linux在ARM平台上有较完整的板级支持包，但在该系统的开发工作中仍然要完成部分设备的驱动程序设计，包括AC48304驱动程序、LE58QL021驱动程序、S-EEPROM驱动程序等。

设备驱动程序要为应用软件提供设备打开、关闭、设备控制及数据读/写等接口， 即一些类似于open、close、read和write的函数，在主程序中直接采用文件读写的方式实现数据的收发。LE58QL021与ARM处理器之间采用MPI串行控制总线，MPI驱动接口结构定义如下：  

static file_operations mpi_ctl_fops = {

ioctl:mpi_ctl_ioctl, //设备控制

open:mpi_open, //打开设备

close:mpi

_ close, //关闭设备

}

linux提供ioremap函数将I/O内存资源的物理地址映射到核心虚地址空间，然后可像操作寄存器那样进行数据读写。编写驱动程序的时候，必须提供两个函数，一个是module_init()，insmod在加载此模块的时候自动调用，负责进行设备驱动程序的初始化工作，一个函数是module_exit，在模块被卸载时调用，负责进行设备驱动程序的清除工作。

4．