基于Speex的嵌入式VoIP终端的设计及实现

摘要

井下作业具有环境恶劣、过程复杂、布线困难、安全隐患多等特点，对通信方式、实时性、安全性等方面都提出了更高的要求。受技术、成本等因素的限制，许多通信技术不能有效应用到煤矿行业，因此，设计一种更高效、安全的通信系统方式变得非常有价值。本论文设计了一种基于WiFi技术的嵌入式VoIP语音终端来应对这一挑战。 在网络层面，采用低成本、低功耗、高密度的WiFiAP作为基站，构成蜂窝网络的基础设施。本论文重点完成基于Speex的VoIP语音终端的设计与实现。在硬件方面，考虑到低成本、低功耗的设计要求，终端编解码芯片中选择了W681310，完成语音信号模拟信号和PCM信号的相互转换，该编解码器还能完成A-Law和μ-Law压扩编解码;主控芯片中选择了上海庆科公司的WiFi模块EMW3162，该模块自带低功耗高性能微控制器STM32F205RG，以及WiFi前端，并支持二次开发;电源部分充分考虑到了锂电池供电和充电特点选用了充电管理芯片SE9017，保证了锂电池的安全高效充电;电量监测部分选择芯片ME2802完成对电池电量的实时检测。 在软件方面，首先移植了实时嵌入式操作系统FreeRTOS;其次，完成话音编解码器——W681310的驱动程序设计，使设备能够正确的进行PCM编解码;第三，移植Speex软件编解码器，该编解码器能够对带宽较大的PCM数据进行压缩处理，有效地降低传输带宽，提高网络容量;第四，实现SIP协议的UE实体，支持对外网电话的呼叫功能。 最后，使用串口助手和Wireshark对语音终端的通信性能进行了测试，测试结果表明该终端能够实现终端间、以及终端与外网电话之间通话，通话质量较好，达到了预期设计目标。

目录

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摘要

1．1 课题背景

1．2井下通信现状

1．3课题意义

1．4论文的主要内容及结构

第2章系统总体结构设计

2．1井下通信系统结构

2．2系统组网设计

2．3终端方案设计

2．4小结

3．1硬件平台

3．2电源电路设计

3．3 EMW3162外围电路设计

3．4语音编解码芯片电路设计

3．5终端PCB设计

3．6小结

4．1软件平台

4．2语音编解码芯片驱动程序设计

4．2．1 W681310的PCM接口

4．2．2 W681310的时钟配置

4．2．3 W681310的SPI配置

4．2．4 STM32的SPI配置

4．2．5 SPI接收中断服务设计

4．3操作系统的移植

4．3．1操作系统的选择

4．3．2 FreeRTOS的软件结构

4．3．3 FreeRTOS的配置和移植

4．4 Speex编解码器的使用

4．4．1 Speex编解码器版本特性

4．4．2 Speex编解码器源码结构

4．4．3 Speex编解码器的配置

4．4．4 Speex编解码器使用设计

4．5呼叫流程控制

4．6小结

5．1测试工具

5．1．1串口调试助手

5．1．2 Wireshark

5．2 Wireshark的使用

5．2．1 Wireshark实时捕捉数据包

5．3测试终端

5．3．1使用串口测试

5．3．2使用Wireshark测试

5．4小结

第6章总结与展望

6．1总结

6．2未来研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的科研项目情况