為VoIP解決方案選擇處理器

隨著VoIP在企業(yè)語音通信市場中繼續(xù)取代模擬電話，該技術(shù)也在住宅環(huán)境和中小型企業(yè)（SMB）中迅速采用。VoIP的優(yōu)勢 - 例如使用廉價數(shù)字媒體的多線路，功能豐富的語音通信系統(tǒng)和顯著降低的通信速率 - 吸引大型企業(yè)，對小型消費者同樣具有吸引力。對VoIP設(shè)備，手機(jī)，IP-PBX和網(wǎng)關(guān)的需求持續(xù)增長;對更高語音質(zhì)量的要求正在成為一個非常明確的優(yōu)先事項。市場反饋已經(jīng)表明，如果VoIP意味著體驗質(zhì)量低于典型的POTS線路，主流客戶不會轉(zhuǎn)向VoIP。VoIP硬件開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)是選擇一個硅平臺，提供性能和總BOM成本的正確組合，以便在競爭激烈的市場中提供成功的解決方案。VoIP系統(tǒng)中的中央處理器是設(shè)計中的關(guān)鍵組件，極大地影響了最終的語音質(zhì)量、功能集和物料清單。這篇簡短的論文從多個角度研究了VoIP硬件要求，以及選擇有效方法時必須考慮的權(quán)衡。

VoIP 應(yīng)用處理器要求

VoIP硬件產(chǎn)品開發(fā)人員面臨的主要問題與功能集，語音質(zhì)量，產(chǎn)品成本，開發(fā)工作和設(shè)計的可擴(kuò)展性有關(guān)。開發(fā)一個通用的硬件/軟件平臺，可以利用多個不同產(chǎn)品的經(jīng)驗是一種理想的方法。但是，每個終端設(shè)備（IP 電話、IAD（集成接入設(shè)備）、住宅網(wǎng)關(guān)、IP-PBX）都有不同的要求。選擇滿足所有要求的處理器平臺是一項挑戰(zhàn)。大多數(shù)終端設(shè)備的生命周期也非常短，被具有新功能或不同功能的更新版本所取代，這使得這種方法具有更大的靈活性并適合快速設(shè)計技術(shù)。這將確保新產(chǎn)品的上市時間最小化。

下表說明了 VoIP 硬件平臺的可用替代方案。所有這些方法都權(quán)衡了物料清單成本、設(shè)計靈活性、開發(fā)工作以及具有已知性能水平的產(chǎn)品上市時間和最終語音質(zhì)量。

每種不同的方法都有優(yōu)點和缺點，決策必須基于產(chǎn)品和市場優(yōu)先級?；?a target="_blank">微控制器的平臺將為大多數(shù)嵌入式開發(fā)人員提供熟悉的低成本方法。微控制器提供友好的開發(fā)環(huán)境，通常成本低，并且可以輕松處理IP數(shù)據(jù)包處理。但是，微控制器并不是處理語音編碼/解碼和信號處理以增強(qiáng)語音質(zhì)量（例如回聲消除）的好選擇。對于不斷發(fā)展的VoIP產(chǎn)品來說，這是一個非常有限的平臺。使用擅長處理數(shù)據(jù)流的 DSP 架構(gòu)，語音處理要容易得多。因此，在設(shè)計中添加DSP非常有意義。這使得任務(wù)能夠分配給最適合執(zhí)行它們的處理器。這伴隨著BOM的增加，不僅對于額外的處理器，而且對于任何內(nèi)存和外圍設(shè)備。多個芯片（無論是MCU加DSP，還是MCU加ASIC）將導(dǎo)致更高的BOM和更多的工程工作量。

專用的固定功能硬件是另一種肯定會對設(shè)計靈活性產(chǎn)生負(fù)面影響的方法。如果是定制芯片設(shè)計，NRE和上市時間會受到影響。如果是商用ASSP，則構(gòu)建差異化產(chǎn)品的能力顯然會受到影響。這種方法的另一個復(fù)雜程度是在單個芯片上構(gòu)建/購買具有MCU和DSP內(nèi)核的SoC。這將減少封裝數(shù)量，但會降低靈活性，但確實提供了可編程性。MCU和DSP代碼都可以根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用進(jìn)行定制。

我們討論的最后一種方法是使用單個收斂處理器來處理控制邏輯和語音引擎。收斂處理器是指在獨立DSP領(lǐng)域具有信號處理性能的單個處理器。 各種MCU制造商已經(jīng)在MCU內(nèi)核上集成了一些信號處理功能，例如指令集擴(kuò)展和MAC單元，但這種方法缺乏能夠處理高級語音質(zhì)量增強(qiáng)的高性能信號處理所需的基本架構(gòu)基礎(chǔ)， 例如高性能聲學(xué)回聲消除和降噪。ADI公司的Blackfin處理器在信號和控制代碼執(zhí)行方面均具有高性能，因此符合收斂處理器標(biāo)準(zhǔn)。本文的其余部分將探討這種方法，因為融合處理是實現(xiàn)VoIP硬件平臺所有關(guān)鍵成功因素的明顯領(lǐng)導(dǎo)者。?

Blackfin融合處理器架構(gòu)針對媒體處理進(jìn)行了優(yōu)化

ADI公司的Blackfin單處理器系統(tǒng)架構(gòu)具有任何RISC微控制器所沒有的DSP特性，以及DSP上通常沒有的重要微控制器特性。所有數(shù)據(jù)包處理和媒體處理都在同一處理器內(nèi)核內(nèi)處理，從而更有效地實施 IP 媒體處理解決方案。在前面介紹的MCU加DSP方法中，設(shè)計人員在實施VoIP解決方案時存在一個重要的瓶頸。數(shù)據(jù)必須在MCU和DSP子系統(tǒng)之間傳輸，這會導(dǎo)致延遲并增加系統(tǒng)開銷。Blackfin處理器也是一種非常高性能的靈活處理引擎。所有Blackfin周期都可以分配用于執(zhí)行控制代碼處理或信號處理。沒有獨立的限制，例如在MCU加DSP設(shè)計中可以找到的限制。此外，Blackfin處理器是一種完全可編程的解決方案，消除了將系統(tǒng)設(shè)計人員鎖定在固定編解碼器或算法中的硬件塊。添加或更改功能是軟件更改，并且通過堆疊閃存或板載閃存選項大大簡化了工作。Blackfin處理器具有許多面向解決方案的外設(shè)和接口，可減少開發(fā)工作量、復(fù)雜性和部件數(shù)量。10/100 以太網(wǎng) MAC、多個 DMA 通道、LCD 接口、多個串行、并行和音頻端口以及低功耗等特性都推動了解決方案的價值。

此外，業(yè)界領(lǐng)先的應(yīng)用級、系統(tǒng)級和開發(fā)工具軟件產(chǎn)品支持 Blackfin 處理器。來自Global IP Solutions的領(lǐng)先VoIP解決方案和開源Asterisk軟件包針對Blackfin處理器進(jìn)行了優(yōu)化。ADI （VDK）、Unicoi （Fusion） 和 μClinux 的軟件都支持具有系統(tǒng)級內(nèi)核和中間件解決方案的 Blackfin 處理器。ADI（VisualDSP++軟件）和開源GNU工具的開發(fā)工具可實現(xiàn)快速的代碼開發(fā)和驗證。ADI提供不同的選項，以滿足客戶對硬件和軟件的設(shè)計要求，涵蓋從獨立軟件組件到參考設(shè)計的范圍，再到具有行業(yè)領(lǐng)先性能、功耗和價格的完整FOB產(chǎn)品。?

ADSP-BF516低功耗黑鰭金槍魚處理器，內(nèi)置面向VoIP的外設(shè)

ADSP-BF516提供高性能和400 MHz工作頻率。它集成了關(guān)鍵外設(shè)，并與其他系統(tǒng)設(shè)備無縫連接，從而降低了BOM成本。ADSP-BF516的主要特性包括：

高達(dá) 400 MHz 的 Blackfin 內(nèi)核和 116 kB L1 片上存儲器，可提高處理高復(fù)雜度媒體算法的性能

帶 DMA 的以太網(wǎng) MAC，以更少的處理器開銷提供網(wǎng)絡(luò)連接

用于 IP 電話用戶界面的 PPI/LCD 控制器

2 個串行端口 （SPORTS），用于連接到編解碼器和 SLIC

1 個可移動存儲接口 （RSI） 控制器，用于連接 IP-PBX 的 MMC、SD 和 CE-ATA 設(shè)備

多達(dá) 40 個 GPIO，用于 IP 電話鍵盤和 LED 控制

2 UART

2 個 SPI 接口

暮（I2C） 控制器?

8 個定時器

密碼箱?安全技術(shù)/OTP 8 kB 用于安全和 IP 保護(hù)

ADSP-BF516低功耗黑鰭片處理器，具有面向VoIP的外設(shè)。

審核編輯：郭婷