基于ARM平臺(tái)的全網(wǎng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)測(cè)試終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄧 華

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，福建 福州 350108）

基于ARM平臺(tái)的全網(wǎng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)測(cè)試終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄧 華

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，福建 福州 350108）

全網(wǎng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)測(cè)試終端以S3C6410作為硬件基礎(chǔ)，處理器以?xún)?nèi)存映射、總線(xiàn)尋址的方式擴(kuò)展出多路串行通信接口，串行通信接口外接多種制式通信模塊，包括GSM、CDMA、TDSCDMA及WCDMA等。測(cè)試終端布放于待測(cè)試區(qū)域及移動(dòng)監(jiān)測(cè)車(chē)輛中，接受來(lái)自系統(tǒng)管理平臺(tái)下發(fā)的測(cè)試指令，即可在定點(diǎn)或者移動(dòng)狀態(tài)下自動(dòng)完成不同通信制式網(wǎng)絡(luò)之間的語(yǔ)音業(yè)務(wù)互撥測(cè)試工作，測(cè)試結(jié)果最終上傳至系統(tǒng)管理平臺(tái)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人值守在線(xiàn)分析功能。本系統(tǒng)的使用填補(bǔ)了目前不同移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)時(shí)互撥測(cè)試的市場(chǎng)空白，豐富了運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的技術(shù)手段。

S3C6410；全網(wǎng)；移動(dòng)通信；語(yǔ)音業(yè)務(wù)；互撥測(cè)試

隨著近十年移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，目前我國(guó)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)論從技術(shù)水平、用戶(hù)人數(shù)還是覆蓋范圍都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。國(guó)內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)由三大運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)維護(hù)，由于歷史沿革及市場(chǎng)、技術(shù)考慮因素不同，不同運(yùn)營(yíng)商的通信制式并不完全兼容[1]。不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信業(yè)務(wù)質(zhì)量影響著普通用戶(hù)的客戶(hù)體驗(yàn)，因此如何實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)、評(píng)估不同通信制式網(wǎng)絡(luò)之間的語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量成為了當(dāng)前行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。

全網(wǎng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)測(cè)試終端基于S3C6410設(shè)計(jì)而成，終端內(nèi)置多個(gè)通信模塊用以支持不同的通信制式，測(cè)試終端置于專(zhuān)用車(chē)輛之中，接受來(lái)自系統(tǒng)管理平臺(tái)下發(fā)的測(cè)試指令，自動(dòng)完成相應(yīng)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)測(cè)試，并將結(jié)果上傳至平臺(tái)在線(xiàn)分析[2,3]。

1 硬件設(shè)計(jì)

測(cè)試終端的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，圖中方向線(xiàn)代表各模塊之間的接口和相應(yīng)的數(shù)據(jù)流向?？刂破鬟x用韓國(guó)三星電子的S3C6410作為處理核心，該處理器為基于ARM1176JZF-S核心的16/32位高性能、低功耗處理器，為2.5G和3G通信服務(wù)提供了優(yōu)化的硬件性能，融合了AXI、AHB、APB總線(xiàn)[5]。處理器外置一片256 MB的DDR RAM和一片1 GB的NAND FLASH，考慮到系統(tǒng)語(yǔ)音評(píng)測(cè)的大容量數(shù)據(jù)要求[4]，設(shè)計(jì)時(shí)外接了一個(gè)SD卡擴(kuò)展口，最高可拓展32 GB的非易失性存儲(chǔ)空間。

終端內(nèi)置了一顆8.4 V的2 500 mAH鋰電池，電源管理模塊由充電管理模塊和電源切換控制模塊構(gòu)成，充電管理模塊基于BQ2057設(shè)計(jì)而成，該芯片能在市電上電環(huán)境下完成對(duì)鋰電池的充電管理。電源切換控制模塊主要由有源二極管實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)能在上電、掉電兩種狀態(tài)過(guò)程之間，完成市電供電或者鋰電池供電過(guò)程的切換。

圖1 終端硬件結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)測(cè)終端內(nèi)置了5種串口通信模塊，分別為GSM、CDMA、TDSCDMA以及WCDMA，支持目前三大運(yùn)營(yíng)商的所有制式網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試，表1為相應(yīng)硬件通信模塊的型號(hào)及參數(shù)。系統(tǒng)選用維肯電子的VK3266擴(kuò)展多路串口，單片VK3266支持?jǐn)U展4路UART接口，通過(guò)模式選擇，VK3266工作于總線(xiàn)擴(kuò)展模式之下，每個(gè)子通道帶有獨(dú)立的16字節(jié)收發(fā)FIFO。系統(tǒng)通過(guò)寄存器設(shè)置可以獨(dú)立對(duì)每一路UART接口的參數(shù)如波特率、數(shù)據(jù)幀特性等進(jìn)行編程設(shè)置。監(jiān)測(cè)終端選用兩片VK3266共擴(kuò)展8路UART接口[6]。

表1 硬件通信模塊信號(hào)及電壓

音頻部分采用歐勝電子的低功耗、高質(zhì)量立體聲編解碼器WM8960，WM8960內(nèi)置有麥克風(fēng)接口、立體聲驅(qū)動(dòng)器及24位的SIGMA-DELTA模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，WM8960通過(guò)IIS總線(xiàn)與處理器通信[7]。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)終端軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，圖中通信模塊組及GPS模塊是與軟件交互的底層硬件模塊，其余框圖表示了系統(tǒng)軟件的邏輯功能劃分，藍(lán)色方向線(xiàn)表示各軟件功能模塊之間的接口及數(shù)據(jù)流的走向，系統(tǒng)軟件各組成部分的功能描述如下所述。

圖2 終端軟件結(jié)構(gòu)圖

串口線(xiàn)程：串口接收線(xiàn)程負(fù)責(zé)輪詢(xún)監(jiān)測(cè)終端內(nèi)部各個(gè)硬件通信模塊，將數(shù)據(jù)從硬件模塊內(nèi)部緩沖區(qū)中讀出，串口發(fā)送線(xiàn)程接收來(lái)自AT命令處理線(xiàn)程生成的操作指令，并將該指令映射發(fā)送至相應(yīng)的模塊中。由于GPS模塊上電后定時(shí)主動(dòng)上報(bào)數(shù)據(jù)，GPS接收線(xiàn)程接收該數(shù)據(jù)，完成對(duì)經(jīng)、緯度等地理信息的解析，將該結(jié)果發(fā)送至業(yè)務(wù)處理線(xiàn)程。

協(xié)議處理線(xiàn)程：協(xié)議處理線(xiàn)程分析監(jiān)測(cè)終端獲得的遠(yuǎn)程控制命令，對(duì)遠(yuǎn)程控制命令依次進(jìn)行協(xié)議包起始終止字符、協(xié)議包長(zhǎng)度準(zhǔn)確性、協(xié)議命令類(lèi)型及命令內(nèi)容合法性的判定，將經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的合法命令發(fā)送至業(yè)務(wù)處理線(xiàn)程。同時(shí)，協(xié)議處理線(xiàn)程接收業(yè)務(wù)處理線(xiàn)程發(fā)送的上行命令及參數(shù)，根據(jù)通信協(xié)議規(guī)約完成對(duì)該命令及參數(shù)的協(xié)議封裝及編碼生成對(duì)應(yīng)的協(xié)議包，將該協(xié)議包發(fā)送至串口發(fā)送線(xiàn)程[8]。

業(yè)務(wù)處理線(xiàn)程：業(yè)務(wù)處理線(xiàn)程是監(jiān)測(cè)終端的核心控制線(xiàn)程，根據(jù)綜合管理平臺(tái)下發(fā)的指令完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)動(dòng)作，主要包括兩類(lèi)業(yè)務(wù)動(dòng)作：管理類(lèi)業(yè)務(wù)和測(cè)試類(lèi)業(yè)務(wù)。管理類(lèi)業(yè)務(wù)指設(shè)置、查詢(xún)終端參數(shù)、遠(yuǎn)程升級(jí)終端軟件等管理監(jiān)測(cè)終端的動(dòng)作；測(cè)試類(lèi)業(yè)務(wù)完成測(cè)試任務(wù)文件及測(cè)試線(xiàn)程的創(chuàng)建，測(cè)試任務(wù)文件包含呼叫模式、主叫號(hào)碼、被叫號(hào)碼、通話(huà)時(shí)長(zhǎng)、語(yǔ)音樣本編號(hào)、測(cè)試周期、測(cè)試次數(shù)等測(cè)試參數(shù)。

定時(shí)器管理線(xiàn)程：系統(tǒng)設(shè)計(jì)有軟件定時(shí)器，各任務(wù)線(xiàn)程可向定時(shí)器管理線(xiàn)程申請(qǐng)創(chuàng)建定時(shí)器，定義相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)和參數(shù)。定時(shí)器超時(shí)時(shí)刻到達(dá)后，定時(shí)器管理線(xiàn)程根據(jù)回調(diào)函數(shù)和參數(shù)通知相應(yīng)任務(wù)。定時(shí)器主要用于協(xié)議通信、串口操作的保護(hù)[9]。

語(yǔ)音測(cè)試線(xiàn)程：根據(jù)測(cè)試任務(wù)文件參數(shù)，通信鏈路兩端的語(yǔ)音測(cè)試線(xiàn)程工作于不同的模式：主叫模式和被叫模式。在主叫模式中，語(yǔ)音測(cè)試線(xiàn)程根據(jù)參數(shù)，撥打被叫號(hào)碼建立通信鏈路，播放語(yǔ)音樣本；在被叫模式中，語(yǔ)音測(cè)試線(xiàn)程等待通信鏈路建立，錄制失真語(yǔ)音，并調(diào)用語(yǔ)音評(píng)估算法完成對(duì)失真語(yǔ)音和本地存儲(chǔ)語(yǔ)音樣本的MOS值評(píng)估。

FTP線(xiàn)程：FTP線(xiàn)程操作通信模塊建立與系統(tǒng)管理平臺(tái)的鏈接，并將測(cè)試結(jié)果上傳至系統(tǒng)管理平臺(tái)的FTP服務(wù)器中[10]。

2.2 接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)與硬件之間的數(shù)據(jù)接口通過(guò)通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)，通信設(shè)備中斷將接收到的數(shù)據(jù)寫(xiě)入通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，同時(shí)通信處理任務(wù)周期性將緩沖區(qū)中的有效數(shù)據(jù)取走。

通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，定義如下：

考慮到線(xiàn)程之間有較大數(shù)據(jù)傳遞的需求，線(xiàn)程之間的通信基于消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中針對(duì)主要線(xiàn)程分別設(shè)計(jì)獨(dú)立的消息隊(duì)列，線(xiàn)程空閑狀態(tài)下輪詢(xún)消息隊(duì)列，接收新消息時(shí)根據(jù)消息類(lèi)型進(jìn)行相應(yīng)的處理。系統(tǒng)根據(jù)線(xiàn)程功能定義了接口類(lèi)型-原語(yǔ)，原語(yǔ)以結(jié)構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)，利用消息隊(duì)列傳遞，實(shí)際傳遞的是原語(yǔ)結(jié)構(gòu)的地址，為了簡(jiǎn)化編程，結(jié)構(gòu)中不采用二級(jí)指針，一般結(jié)構(gòu)采用最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度來(lái)分配。以定時(shí)器回調(diào)函數(shù)發(fā)送的通知消息為例，其數(shù)據(jù)格式如下所述[11]。

2.3 MOS語(yǔ)音評(píng)估

監(jiān)測(cè)終端采用的MOS語(yǔ)音評(píng)估算法基于輸入-輸出的客觀評(píng)估原理設(shè)計(jì)，其算法原理以語(yǔ)音系統(tǒng)的輸入語(yǔ)音和輸出語(yǔ)音之間的誤差大小來(lái)判別語(yǔ)音質(zhì)量的好壞。在撥測(cè)過(guò)程中，當(dāng)通信鏈路建立完成時(shí)，主叫方通過(guò)語(yǔ)音接口發(fā)送語(yǔ)音樣本作為語(yǔ)音系統(tǒng)輸入，被叫方接收語(yǔ)音樣本作為輸出語(yǔ)音。最終，被叫方將獲得的輸出語(yǔ)音與本地存儲(chǔ)的語(yǔ)音樣本（即輸入語(yǔ)音）進(jìn)行誤差度量，從而獲得評(píng)估結(jié)果。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種支持現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)制式的互撥語(yǔ)音業(yè)務(wù)測(cè)試終端。該終端可定點(diǎn)或動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)區(qū)域，能夠支持目前商用通信網(wǎng)絡(luò)所有制式的網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)間話(huà)音業(yè)務(wù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)上傳至系統(tǒng)管理平臺(tái)，消除了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段的滯后性，極大地提高了網(wǎng)優(yōu)工作的效率。工程應(yīng)用結(jié)果表明，該終端運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)試數(shù)據(jù)有效可靠，具有較大的商用價(jià)值。

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（責(zé)任編輯、校對(duì)：田敬軍）

The Design and Implementation of Voice Service Test Terminal for the Whole Network

DENG Hua

(Department of Electronic Information Engineering, Fuzhou Polytechnic, Fuzhou 350108, China)

The paper presents a Voice Service Test terminal for the whole network based on S3C6410. By memory mapping and bus addressing, serial ports are expanded.Modems supporting all the network standards in China are connected with the processing unit, including GSM, CDMA, TDSCDMA, WCDMA.The voice service between different network can be completed automatically or manually while the test terminal being set in the special vehicle around the hot point. The test result is uploaded to the management system unattended, making the telecommunication operator working efficiently.

S3C6410; the whole network; mobile communication; voice service; calling test mutually

TP391

A

1009-9115(2015)02-0055-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2015.02.017

2014-09-23

鄧華（1979-），男，四川廣安人，講師，研究方向?yàn)樾畔⑴c信號(hào)處理。