一种数字语音通信系统的DSP实现

2019-11-03 09:02:35

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供稿：网友

郭保娟向新
　　摘要：介绍了一种甚低频低码率数字通信系统的实现方案，该方案中的软件采用混合编程的方法，硬件则用DSP实现，文章给出了整个系统的DSP软硬件调试方法，并通过调试结果表明该方案具有很好的可行性和实时性。

　　关键词：软件无线电；DSP；混合编程

　　１　引言

　　现代通信系统已不断由模拟体制向数字化体制过渡，并越来越倾向于采用“软件无线电”的设计方案。即通过构造通用的硬件平台，以使各种相关的通信任务能够用软件完成，从而构成一个具有高度灵活性、开放性的通信系统。现代的ＤＳＰ通用处理器为实现这一方案提供了极大的便利。

　　软件无线电的设计思想是：用一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，然后通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从而取代基于硬件、面向用途的电台设计方法。功能的软件化实现势必要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，并把数字化处理Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性。它通过软件的更新来改变硬件的配置结构，从而实现新的功能。软件无线电一般采用标准的、高性能的开放式总线结构，此结构利于硬件模块地不断升级和扩展。

　　本文介绍一种利用ＴＭＳ３２０Ｃ３１浮点型ＤＳＰ芯片为核心来设计并实现甚低频低码率数字化语音通信系统的方法。这种通信系统是以ＤＳＰ硬件为平台，并用硬件来实现系统的外围功能，而用软件来实现核心部分的数字化处理，从而完成整个系统的正常通信工作。

　　２　ＤＳＰ硬件平台

　　本通信系统的主要功能是实现语音的数字化传输，其系统功能图如图１所示。具体工作过程如下：

　　整个通信系统分为两大部分，其工作状态转换由外附的ＭＣＵ控制。在发送时，语音通过克麦风之后进入语音压缩板进行采样量化及数字化压缩，压缩后的比特流从串口送入ＤＳＰ内进行调制，调制信号依次通过信道ＤＡＣ、平滑滤波和功放，然后发送出去；在接收时，前置放大部分送来的信号再经过一次放大之后送往信道ＡＤ转换器，转换的数据ＦＩＦＯ通过中断方式送给ＤＳＰ进行解调，在ＤＳＰ内解调之后的数据仍然通过串口送往语音压缩板解压后经扬声器输出。

　　根据系统要求，本设计选定的ＤＳＰ是ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ３１。信道ＡＤ转换器件选用ＡＮＡＬＯＧＤＥ-ＶＩＣＥ公司的ＡＤ７８７０，它是一个１２ｂｉｔ的ＡＤＣ，具有２μｓ的片上信号放大时间和８μｓ的转换时间，最高转换速率为１００ｋＨｚ，可以提供三种输出接口方式１２ｂｉｔ并行方式、字节方式和串行方式。信道ＤＡＣ选用的是ＴＩ公司的ＴＬＶ５６１９，这是一种１２ｂｉｔ单通道电压型ＤＡ转换器。系统中的ＡＤＣ和ＤＡＣ转换器都以并行１２ｂｉｔ方式直接和ＦＩＦＯ相连。ＦＩＦＯＦｉｒｓｔＩｎＦｉｒｓｔＯｕｔ采用的是双端口ＲＡＭ构架，其读指针和写指针是完全分开的，可实现读写操作的完全独立，因此，这里选用ＣＹＰＲＥＳＳ公司的ＣＹ７Ｃ４２５。

　　３　软件实现

　　本通信系统中的软件采用Ｃ语言和混合编程，其中主程序和一部分子程序用Ｃ语言编写，而一些运算量比较大的算法子程序则用汇编语言编写，这样，既容易进行调试，又可以提高软件的执行效率，可达到最佳利用ＤＳＰ芯片的软硬件资源之目的。

　　整个软件的主程序由发送部分程序段和接收部分段两部分组成，主程序流程图见图２所示，每个程序段又分别是一个独立的程序体，可以独立的实现通信系统的发送和接收功能。

　　由于要求系统能够实时完成通信任务，故相应的程序须和硬件相互配合，它们各操作之间的同步协调要求很高。而本系统可充分利用ＤＳＰ芯片所提供的中断和定时器资源来很好地实现系统功能。

　　串行口发送／接收中断子程序用于完成ＤＳＰ对串口的发送和接收任务，发送定时器中断子程序流程图如图３所示，图４所示是串口接收中断子程序的流程图。

　　在系统实现过程中，由于采用了混合编程，并对运算量比较大的算法用汇编程序来实现，因此，在对１２８点ＦＦＴ算法采用汇编语言编程后，可经ＣＣＳ仿真进行测试。汇编程序的执行时间为１１１１１３个时钟周期２．７８ｍｓ，可在一帧时间内３０ｍｓ完成５次ＦＦＴ和ＩＦＦＴ的帧同步算法，而用Ｃ语言实现时的程序执行时间为１８１２４０９个时钟周期４５．３ｍｓ。可见，用汇编程序的执行效率有明显的提高。