基于IEEE802.15.4的无线VoIP话机系统（下）

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按照以上对硬件功能的要求，本设计采用了Freescale公司32位微处理器MCF5249作为主控芯片。该处理器工作主频为140MHz，实际工作频率可通过片内PLL设定，片内带有8K的指令高速缓存和96K的SRAM。该处理器还提供丰富的外设供用户使用。
无线收发模块采用Freescale公司符合IEEE802.15.4规范的射频芯片MC13192，该芯片工作在2.4GHz频段，提供16个无线通道，数据速率为250Kb/s[4]，通过QSPI与主控芯片进行数据交换。语音采样模块采用Motorola公司13位线形PCM编解码芯片MC145483SD[5]，该芯片对语音进行AD采样并形成线形PCM流，通过音频接口与主控芯片交换数据。时钟模块的设计充分考虑手持设备的低功耗要求，提供高低两种时钟输入。当系统处于未通话状态，可向系统提供低频率时钟。时钟输入可通过软件配置GPIO进行选择。因为要处理大量音频数据和固化代码，扩展了片外SDRAM和FLASH。其他模块还包括键盘，LCD，串口和BDM调试接口，其硬件框架如图5所示。

图5 无线手持设备端的硬件框架

无线手持设备端的软件设计
无线手持设备端的软件框架
无线手持设备在软件设计上需充分考虑系统的实时性和功耗。其一，手持设备需要处理语音，会话控制信令，键盘输入信息等多种数据，并需要进行通话过程控制，无线收发控制，单任务环境显然不能胜任。其二语音数据是实时数据，必须得到及时有效的处理，且系统不能过于复杂，以减少不必要的开销，降低功耗。综合以上两点，本设计采用了一个轻巧的多任务实时嵌入式操作系统mC/OS-II，其内核可剥夺性保证了实时任务的运行。而且其内核代码量小，能充分节省系统资源。该嵌入式操作系统提供除空闲，统计和保留任务以外的56个实时任务供用户使用，提供信号量，消息队列等机制实现任务间的同步和信息传递。其实时性强，代码量小，内核简单的特点使其非常适用于本手持设备。
使用该操作系统之前需将其移植到MCF5249上，根据处理器的具体信息，编写OS_CPU.H,OS_CPU_A.ASM和 OS_CPU_C.C三个文件。
除内核外，完整的操作系统还需要编写键盘，LCD，音频驱动和射频芯片驱动。音频驱动采用Phlips I2S数据格式，设定采样率为8KHz。射频芯片驱动采用Freescale公司为MC13192提供的配套软件模块。
 
　　操作系统之上是无线MAC层，该模块针对语音无线传输的特点简化实现了IEEE 802.15.4 协议MAC层功能。第三层为语音压缩编解码g.726模块和无线网内部会话信令处理模块。会话信令处理模块负责处理来自无线语音网关的会话信令。最上层为应用层，实现用户界面和通话过程控制。无线手持设备总统框架如图6所示。

图6 无线手持设备端的软件框架

无线手持设备端的软件流程
当手持设备上电启动后，其工作流程如图7示。首先进行的是系统的初始化，包括处理器初始化，操作系统mC/OS-II初始化，LCD，键盘，射频模块等的初始化。之后建立起始任务并通过OSStart()函数进入多任务环境。此时起始任务占用CPU资源，在起始任务中，建立按键信息处理任务并通过信号量机制挂起。然后判断是否收到来自无线语音网关的帧，如果有，调用frame_deal()函数处理帧信息,在该函数中调用call_command_deal()完成无线网内部会话信令的处理。接着判断通话是否建立，如果建立则创建语音任务，在语音进程中使能PCM编解码芯片，并进行g.726压缩编码。最后判断是否有帧需要发送给无线语音网关，如果有则把帧添加到发送缓存，等待发送时隙到来。这一过程完成以后重新跳到判断是否收到来自无线语音网关的帧，重复以上过程。如果有键盘中断，将会释放一个信号量，该信号量将解挂按键信息处理任务。该任务对键盘输入信息进行处理。

图7 无线手持设备的软件流程

　　结语 　　本设计已经在基于MCF5234微处理器(无线语音网关)和MCF5249微处理器(无线手持设备)的硬件平台上实现。如图8所示，左图为无线语音网关，右图为无线手持设备。

图8 系统硬件实物图

本设计实现了包括呼叫转移，三方通话等在内的7项通话功能。在40米范围内，具有良好的语音效果。该系统为家庭、办公环境实现无线VoIP通信提供了一种参考设计，且具有结构简单，功耗小，软件层次清晰等特点。