基于ARM平台的全网语音业务测试终端设计与实现

邓 华

（福州职业技术学院 电子信息工程系，福建 福州 350108）

基于ARM平台的全网语音业务测试终端设计与实现

邓 华

（福州职业技术学院 电子信息工程系，福建 福州 350108）

全网语音业务测试终端以S3C6410作为硬件基础，处理器以内存映射、总线寻址的方式扩展出多路串行通信接口，串行通信接口外接多种制式通信模块，包括GSM、CDMA、TDSCDMA及WCDMA等。测试终端布放于待测试区域及移动监测车辆中，接受来自系统管理平台下发的测试指令，即可在定点或者移动状态下自动完成不同通信制式网络之间的语音业务互拨测试工作，测试结果最终上传至系统管理平台，系统实现24小时无人值守在线分析功能。本系统的使用填补了目前不同移动通信网络之间实时互拨测试的市场空白，丰富了运营商网络优化的技术手段。

S3C6410；全网；移动通信；语音业务；互拨测试

随着近十年移动通信基础设施的大规模建设，目前我国的移动通信网络无论从技术水平、用户人数还是覆盖范围都取得了长足的发展。国内通信网络由三大运营商负责运营维护，由于历史沿革及市场、技术考虑因素不同，不同运营商的通信制式并不完全兼容[1]。不同网络之间的通信业务质量影响着普通用户的客户体验，因此如何实时动态地监测、评估不同通信制式网络之间的语音业务质量成为了当前行业关注的热点。

全网语音业务测试终端基于S3C6410设计而成，终端内置多个通信模块用以支持不同的通信制式，测试终端置于专用车辆之中，接受来自系统管理平台下发的测试指令，自动完成相应的语音业务测试，并将结果上传至平台在线分析[2,3]。

1 硬件设计

测试终端的硬件结构图如图1所示，图中方向线代表各模块之间的接口和相应的数据流向。控制器选用韩国三星电子的S3C6410作为处理核心，该处理器为基于ARM1176JZF-S核心的16/32位高性能、低功耗处理器，为2.5G和3G通信服务提供了优化的硬件性能，融合了AXI、AHB、APB总线[5]。处理器外置一片256 MB的DDR RAM和一片1 GB的NAND FLASH，考虑到系统语音评测的大容量数据要求[4]，设计时外接了一个SD卡扩展口，最高可拓展32 GB的非易失性存储空间。

终端内置了一颗8.4 V的2 500 mAH锂电池，电源管理模块由充电管理模块和电源切换控制模块构成，充电管理模块基于BQ2057设计而成，该芯片能在市电上电环境下完成对锂电池的充电管理。电源切换控制模块主要由有源二极管实现，系统能在上电、掉电两种状态过程之间，完成市电供电或者锂电池供电过程的切换。

图1 终端硬件结构图

监测终端内置了5种串口通信模块，分别为GSM、CDMA、TDSCDMA以及WCDMA，支持目前三大运营商的所有制式网络的测试，表1为相应硬件通信模块的型号及参数。系统选用维肯电子的VK3266扩展多路串口，单片VK3266支持扩展4路UART接口，通过模式选择，VK3266工作于总线扩展模式之下，每个子通道带有独立的16字节收发FIFO。系统通过寄存器设置可以独立对每一路UART接口的参数如波特率、数据帧特性等进行编程设置。监测终端选用两片VK3266共扩展8路UART接口[6]。

表1 硬件通信模块信号及电压

音频部分采用欧胜电子的低功耗、高质量立体声编解码器WM8960，WM8960内置有麦克风接口、立体声驱动器及24位的SIGMA-DELTA模数及数模转换器，WM8960通过IIS总线与处理器通信[7]。

2 软件设计

2.1 系统结构

监测终端软件系统结构图如图2所示，图中通信模块组及GPS模块是与软件交互的底层硬件模块，其余框图表示了系统软件的逻辑功能划分，蓝色方向线表示各软件功能模块之间的接口及数据流的走向，系统软件各组成部分的功能描述如下所述。

图2 终端软件结构图

串口线程：串口接收线程负责轮询监测终端内部各个硬件通信模块，将数据从硬件模块内部缓冲区中读出，串口发送线程接收来自AT命令处理线程生成的操作指令，并将该指令映射发送至相应的模块中。由于GPS模块上电后定时主动上报数据，GPS接收线程接收该数据，完成对经、纬度等地理信息的解析，将该结果发送至业务处理线程。

协议处理线程：协议处理线程分析监测终端获得的远程控制命令，对远程控制命令依次进行协议包起始终止字符、协议包长度准确性、协议命令类型及命令内容合法性的判定，将经过验证的合法命令发送至业务处理线程。同时，协议处理线程接收业务处理线程发送的上行命令及参数，根据通信协议规约完成对该命令及参数的协议封装及编码生成对应的协议包，将该协议包发送至串口发送线程[8]。

业务处理线程：业务处理线程是监测终端的核心控制线程，根据综合管理平台下发的指令完成相应的业务动作，主要包括两类业务动作：管理类业务和测试类业务。管理类业务指设置、查询终端参数、远程升级终端软件等管理监测终端的动作；测试类业务完成测试任务文件及测试线程的创建，测试任务文件包含呼叫模式、主叫号码、被叫号码、通话时长、语音样本编号、测试周期、测试次数等测试参数。

定时器管理线程：系统设计有软件定时器，各任务线程可向定时器管理线程申请创建定时器，定义相应的回调函数和参数。定时器超时时刻到达后，定时器管理线程根据回调函数和参数通知相应任务。定时器主要用于协议通信、串口操作的保护[9]。

语音测试线程：根据测试任务文件参数，通信链路两端的语音测试线程工作于不同的模式：主叫模式和被叫模式。在主叫模式中，语音测试线程根据参数，拨打被叫号码建立通信链路，播放语音样本；在被叫模式中，语音测试线程等待通信链路建立，录制失真语音，并调用语音评估算法完成对失真语音和本地存储语音样本的MOS值评估。

FTP线程：FTP线程操作通信模块建立与系统管理平台的链接，并将测试结果上传至系统管理平台的FTP服务器中[10]。

2.2 接口设计

系统与硬件之间的数据接口通过通信数据缓冲区实现，通信设备中断将接收到的数据写入通信数据缓冲区，同时通信处理任务周期性将缓冲区中的有效数据取走。

通信数据缓冲区为环形结构，定义如下：

考虑到线程之间有较大数据传递的需求，线程之间的通信基于消息机制实现。系统中针对主要线程分别设计独立的消息队列，线程空闲状态下轮询消息队列，接收新消息时根据消息类型进行相应的处理。系统根据线程功能定义了接口类型-原语，原语以结构方式实现，利用消息队列传递，实际传递的是原语结构的地址，为了简化编程，结构中不采用二级指针，一般结构采用最大数据长度来分配。以定时器回调函数发送的通知消息为例，其数据格式如下所述[11]。

2.3 MOS语音评估

监测终端采用的MOS语音评估算法基于输入-输出的客观评估原理设计，其算法原理以语音系统的输入语音和输出语音之间的误差大小来判别语音质量的好坏。在拨测过程中，当通信链路建立完成时，主叫方通过语音接口发送语音样本作为语音系统输入，被叫方接收语音样本作为输出语音。最终，被叫方将获得的输出语音与本地存储的语音样本（即输入语音）进行误差度量，从而获得评估结果。

3 结论

本文设计并实现了一种支持现有通信网络制式的互拨语音业务测试终端。该终端可定点或动态监测热点区域，能够支持目前商用通信网络所有制式的网内、网间话音业务测试，测试结果实时上传至系统管理平台，消除了传统监测手段的滞后性，极大地提高了网优工作的效率。工程应用结果表明，该终端运行稳定，测试数据有效可靠，具有较大的商用价值。

[1] 刘晓宇.CDMA系统设计与优化[M].北京:人民邮电出版社, 2000.

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[4] 吴豪.移动通信网络优化新解决方案基站覆盖延伸系统的原理及应用[J].大众科技,2005(6):125-131.

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[9] 黄磊.单片机和嵌入式系统开发平台化的研究[D].南京:南京航空航天大学,2004.

[10] 马利,李左儒,杨四海.实现电子设备的网络化解决方案[J].单片机与嵌入式系统应用,2002(6):35-39.

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（责任编辑、校对：田敬军）

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

邓华（1979-），男，四川广安人，讲师，研究方向为信息与信号处理。