基于軟核CPU技術的IP電話接口設計

3 軟核CPU的構建
Altera推出的Nios／NiosⅡ系列嵌入式處理器擴展了目前世界上最流行的嵌入式軟核處理器的性能，是Altera公司為其FPGA產品配套開發的軟核CPU。在邏輯功能上，它們是32 b的精簡指令集CPU，用戶可以獲得超過200 DMIPS(Dhrystone Millions of Instructions Per Sec―ond，百萬條指令／秒)的性能，并從三種處理器(e型、s型、f型)以及超過60個的IP核中選擇所需要的。NiosⅡ系統為用戶提供了最基本的多功能性，設計師可以據此創建一個最適合他們需求的嵌入式系統。Nios及NiosⅡ處理器通過FPGA編程的方式實現用戶所需，這是與傳統的CPU的一個根本的差別。
SOPC系統的平臺包括：Altera的Nios處理器、Aval―on總線，片內外存儲器以及外設模塊等。利用SOPCBuilder，用戶可以很方便地將處理器、存儲器和其他外設模塊連接起來，形成一個完整的系統。其中，SOPC Build―er中已包含了Nios處理器和其他一些常用的外設IP模塊。用戶也可以設計自己的外設IP。
可見，利用SOPC的軟核CPU技術在以下方面具有很大的技術優勢：提高系統性能；更低的系統成本；應對產品的生命周期；功能強大、易用的開發工具等。
SOPC Builder是QuartusⅡ附帶的一個用來開發基于處理器、外圍以及存儲器的片上可編程系統的開發工具。SOPC Builder可以根據用戶的編輯實時地生成．ptf文件；系統PTF文件類似于一個數據庫文件，它存儲了系統模塊列表，模塊信息等。
在SOPC Builder環境里，用戶可以直接調用軟件提供的用于構建CPU的基本模塊，也可以自定義模塊。本課題需要的模塊中，網絡接口與語音處理接口需要自定義，在構建前必須有二者的源文件，設計采用了Verilog HDL書寫源程序，事先寫好了DM9000A．v和Open_I2C．v兩個底層程序。
前述SDRAM接口、鍵盤輸入接口、網絡接口芯片接口、音頻處理接口和I2C接口均連接到Avalon總線，相當于總線的外掛設備。構建完成，選擇自動生成地址，其結果如圖5所示。

構建完成后生成(Generate)．bsf格式文件system．bsf，轉到QuartusⅡ環境下可以直接調用，相當于一個自定義的控制器芯片。

4 接口電路的軟件設計
4．1 軟件設計
作為IP網絡的一個端點，IP電話必須像其他IP終端一樣，為其分配IP地址、子網掩碼、缺省路由器、DNS(Do―main Name System，域名系統)等。同時它存在自動和人-工兩種配置方式，自動方式的IP電話必須使能DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機分配協議)，手動方式由用戶對IP電話配置必要的信息。整個IP終端的軟件設計包括了主控制器、網絡接口、音頻輸入／輸出口和可選擇的存儲器等部分的設計，其軟件系統結構如圖6所示。

首先使用SOPC Builder系統工具構建了一個NiosCPU作為整個系統的處理器核，它的Avalon總線對其他接口及控制器進行指令和數據傳輸，包括：由內部定時器控制的Avalon總線；為Nios CPU配置了JATG通用異步收發器UART；為可選擇的片外存儲器配備了專用存儲器接口；控制語音輸入輸出的音頻數據接口，實現語音編解碼的控制和流處理；以太網接口負責CPU與DM9000A的數據收發和協議轉換；