在μC/OS-Ⅱ平台上搭建基于H.323标准协议的数字化语音教室

摘要

在IP网上开发多媒体应用有巨大的商业前景。H.323建议是由ITU-T制订的基于分组交换网络(PBN)的多媒体会议系统。H.323会议系统不假定其工作的网络基础能提供服务质量(QoS)保证。本课题以“数字化语音教室”为例，认真分析并提出了一个实现方案，该方案是以H.323协议为基础的，主要任务有三个：1、嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的移植。2、基于μC/OS-Ⅱ扩展RTOS的体系结构。3、实现基于μC/OS-Ⅱ+LWIP的H.323智能终端。 学生终端硬件采用TI双核处理器TMS320VC5471。在单片上集成一个16位定点DSP处理器(100MIPS)和一个32位的RISC处理器ARM7TDMI。结合片上以太网链路层媒体访问控制器(MAC)、嵌入μC/OS-Ⅱ操作系统和LWIP协议栈后构成基于μC/OS-Ⅱ的IP智能终端。研究中细致分析了TMS320VC5471开发板中所有资源的特征，设计了系统的初始化程序。剖析了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ并针对目标处理器编写了OSCPU.H、OSCPUA.C、OSCPUA.ASM三个移植程序；完成了目标处理器汇编语言过程的设计和调试。在CCS开发平台上进行混合编译、链接，使μC/OS-Ⅱ与系统的初始化源代码无缝结合为一个整体成功地运行在开发板上。 μC/OS-Ⅱ仅仅是一个实时多任务的内核，移植μC/OS-Ⅱ到处理器平台后，离实际的应用还是有一段距离的。我们必须要对μC/OS-Ⅱ进行必要的扩展，建立一个简单实用的实时操作系统(RTOS)。由于本课题是要在μC/OS-Ⅱ的基础上实现H.323的一个终端，所以我们首先必须要在μC/OS-Ⅱ内核的基础上扩充TCP/IP协议栈，这里选用了瑞士计算机科学院(SwedishInstituteofComputerScience)的AdamDunkels等开发的一套用于嵌入式系统的开放源代码的TCP/IP协议栈-LWIP(LightWeightIP)。实现μC/OS-Ⅱ和LWIP的无缝结合须对μC/OS-Ⅱ和LWIP作必要的改动，例如：μC/OS-Ⅱ对线程的支持；μC/OS-Ⅱ的信号量与消息队列通讯机制的修改以及定时器，等等。然后针对ARM7TDMI编写网口驱动程序与串口驱动程序。最终实现了μC/OS-Ⅱ+LWIP在ARM7TDMI上的移植。 H.323有四个组件。其中学生终端(基于μC/OS-Ⅱ+LWIP的IP智能终端)是在μC/OS-Ⅱ+LWIP的基础上对H.323的终端组件的实现，通过双绞线与交换机实现和教师机的物理连接。终端配置的A/D、D/A模块和实时实现的语音编解码算法使系统具有模拟语音教室不可能达到的专业级音质。该组件也可用作IP电话终端、基于IP的远程控制器等场合。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1引言

1.2论文完成的工作

1.3本论文的组织

第二章基于IP智能终端的语音教室体系结构

2.1语音教室的构成

2.2 IP智能终端

2.2.1硬件模块

2.2.2软件模块

2.3 H.323协议

2.3.1 H.323终端

2.3.2网守(GateKeeper)

2.3.3多点控制单元(MCU)

2.3.4 RTP/RTCP/RSVP

2.3.5 H.323会议系统中的码流复用

2.4语音教室的运行模式

2.4.1上电初始化

2.4.2基本运行模式

2.4.3自由点播音频资料

2.4.4提问

2.4.5分组讨论

第三章μC/OS-Ⅱ与LWIP的设计和实现

3.1μC/OS-Ⅱ的主要结构概貌

3.1.1临界段处理

3.1.2任务管理

3.1.3任务调度

3.1.4时间管理

3.1.5任务间的通信与同步

3.1.6内存管理

3.1.7中断服务子程序

3.1.8μC/OS-Ⅱ初始化

3.1.9μC/OS-Ⅱ的启动

3.2 LWIP的设计和实现

3.2.1 LWIP协议栈简介

3.2.2 LWIP协议栈设计原则和整体架构

3.2.3 LWIP协议栈的进程模型

3.2.4 LWIP协议栈的操作系统封装层

3.2.5 LWIP协议栈的缓冲和内存管理

3.2.6 LWIP的整体结构

3.2.7 LWIP的应用程序接口

第四章实现μC/OS-Ⅱ在VC5471上的移植

4.1 VC5471的初始化

4.2 DSP和ARM的通信

4.3临界段处理的具体实现

4.3.1方法一OS_CRITICAL_METHOD==1

4.3.2方法二OS_CRITICAL_METHOD==2

4.3.3方法三OS CRITICAL METHOD==3

4.4μC/OS-Ⅱ针对ARM7的中断处理

4.4.1在系统复位时安装异常中断处理程序

4.4.2在C程序中安装异常中断处理程序

4.4.3二级中断向量表的建立和外设驱动异常中断处理程序的安装

4.5μC/OS-Ⅱ的堆栈优化

4.6开发环境及μC/OS-Ⅱ移植流程

4.6.1开发环境

4.6.2μC/OS-Ⅱ移植流程：

第五章μC/OS-Ⅱ体系结构的扩充

5.1 LWIP在μC/OS-Ⅱ上的移植准备

5.1.1几个重要的头文件

5.1.2与操作系统相关的几个问题

5.1.3μC/OS-Ⅱ对线程的支持

5.1.4网络设备驱动程序

5.2在μC/OS-Ⅱ中利用串口UART实现人机交互界面

5.2.1串口驱动的建立

5.2.2上层μC/OS-Ⅱ部分的相应处理

5.2.3人机交互界面的实现

5.3 LWIP与μC/OS-Ⅱ的无缝结台

5.3.1消息队列的初始化

5.3.2创建线程

5.3.3 LWIP中定时功能的实现

5.4应用实例的建立和测试

5.5基于OPENH323的IP智能终端的实现

5.5.1 Openh323和PWLib库的编译

5.5.2应用程序接口

5.5.3终端实例

总结

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文