以太网电话总体设计思想
2.1 以太网电话基本原理
以太网电话是在以太网交换机上采用数据包（分组）为单位的包交换方式传送的语音业务，采用分组交换技术。
以太网电话的话音利用基于路由器或交换机分组交换数据网进行传输。由于分组电路中采用“存储一转发”的方式传递数据包，并不独占电路，并且对语音信号进行了一定的压缩处理，因此，能充分利用局域网资源。再加上局域网内通信无任何费用，自然大大节省通信费用。
以太网电话就是以双绞线作为主要传输介质进行语音传送的。首先，语音信号通过模数转换并进行编码压缩成数字信号传递，而这些数字信号通过嵌入式芯片进行分组打包，再由网卡传送至局域网上，通过交换机或集线器将这些分组打包后的数字信号传送给目的方，再还原成为模拟信号，最终将语音信号送给收话人。
以太网基本处理过程包括五个阶段：语音数据的转换、原数据到语音数据包的转换、以太网上传送和接收、语音数据包到原始数据的转换、数字语音转换为模拟语音。
2.1.1 以太网电话硬件实现流程
图2-1 以太网电话硬件实现流程
2.1.2 语音接口电路工作流程
语音接口单元输出PCM数据流时，语音接口单元从语音数据采集器（话筒）中采集语音信号，并且将此语音信号放大处理。接下来对模拟的语音信号进行采样和编码，将编码后的数据压缩成64Kb/s的标准PCM语音信号输出。
语音接口单元接收PCM数据流时，语音接口单元将输入的PCM信号流转换为模拟信号，将此模拟信号放大之后输出给扬声器。
2.1.3 网络接口电路工作流程
作为整体系统的一部分，网络芯片传输数据时，网卡首先侦听介质上是否有载波（载波由电压指示），如果有，则认为其他站点正在传送信息，继续侦听介质。一旦通信介质在一定时间段内（称为帧间缝隙IFG=9.6微秒）是安静的，即没有被其他站点占用，则开始进行帧数据发送，同时继续侦听通信介质，以检测冲突。在发送数据期间。
如果检测到冲突，则立即停止该次发送，并向介质发送一个“阻塞”信号，告知其他站点已经发生冲突，从而丢弃那些可能一直在接收的受到损坏的帧数据，并等待一段随机时间（CSMA/CD确定等待时间的算法是二进制指数退避算法）。在等待一段随机时间后，再进行新的发送。如果重传多次后（大于16次）仍发生冲突，就放弃发送。
接收时，网络芯片浏览介质上传输的每个帧，如果其长度小于64字节，则认为是冲突碎片。如果接收到的帧不是冲突碎片且目的地址是本地地址，则对帧进行完整性校验，如果帧长度大于1518字节（称为超长帧，可能由错误的LAN驱动程序或干扰造成）或未能通过CRC校验，则认为该帧发生了畸变。通过校验的帧被认为是有效的，网络芯片将它接收下来进行本地处理。
2.2 以太网电话关键技术
以太网电话主要需要解决三个问题：第一个问题是在保证一定语音质量的前提下尽可能降低编码比特率；第二个问题是数据分组打包问题；第三个问题是在局域网网络环境下拨号功能。对于分组丢失补偿、延时抖动等问题，由于局域网环境中条件较好，出现这些情况的问题的概率较小，所以没有考虑。
1．低比特率语音编码
选择语音编码算法需要考虑四个方面的问题：编码比特率、语音质量、时延和算法复杂度。一般说来这些指标是有矛盾的：比特率越低，线路利用率越高，但语音质量会受到影响；在同样比特率情况下，算法设计越复杂，语音质量会有所提高，但处理时延将增加。因此，采用什么类型的编码方案和算法，要根据实际需要在上述四个指标中取得某种折衷。
目前在PSTN中广泛应用的是PCM语音编码，采用的是波形编码技术，PCM语音编码的比特率为64kbit/s，受波形编码类型技术的限制，一般来说，这类编码的最低比特率为32k bit/s，即ADPCM。若要进一步降低其比特率，特别是实现低于16kbit/s的低比特率编码，必须采用新的编码技术。
互联网上的IP电话采用参数编码技术，参数编码通过模拟人的发声器官，提取模型参数来降低语音信息编码率。这种技术很早就提出了，过去由于算法过于复杂而无法实用，直至高性能的数字信号处理(DSP)专用芯片技术的研制成功才使其得到广泛的使用。目前IP电话一般使用ITU-T定义的低比特率编码标准，其比特率为5.3～16kbit/s，均为中、低复杂度编码算法，语音分组长度在30ms以下，语音质量较好。目前，采用的 IP 电话编码技术主要有ITU-T定义的G.729、G.723.1等。
对于语音编码问题我们将在第3章中解决
2．分组打包问题
在普通的PSTN电话网中，数据是以建立一条不释放的物理链路进行传输的。在本设计中，需要将数据以分组打包形式在局域网内传输。连续的码流的格式转换为分组数据包的格式是该设计中需要解决关键技术。
对于分组打包，在设计中我们倾向于一种简单的打包过程，即每隔一定的数据量便将其封装成一个MAC帧，即在其数据的头部加入目的地址和源地址。这样的封装帧虽然简单，但却能让单片机的减少工作量。
3．拨号问题
在普通PSTN电话线路中，拨叫电话号码通常是3-11位的十进制数。但在局域网中，识别原地址和目的地址是通过12位的十六进制的MAC （Media Access Control）地址来识别的，这是网络芯片物理地址。所以在于局域网中要想识别拨叫对方，通过12位的十六进制MAC地址来作为号码是相当不方便的，同时也会对这种电话的使用方便性大打折扣。
在本设计中将极力解决这个问题，具体解决办法将在第7章号码压缩设计中详细谈到。
2.3 以太网电话系统组成
以太网电话主要分为五个部分：语音接口单元、网络接口单元、处理器单元、显示单元和键盘单元。如图2-1所示。
网络电话接口电路设计主要任务是完成语音接口单元、网络接口单元和一些处理器单元的电路设计。
2.4 接口电路工作过程
接口电路工作流程可以分为网络芯片初始化、网络通讯和PCM接口通讯三部分。
网络芯片初始化就是对网络芯片相关寄存器进行初始化。这些寄存器包括CR、DCR、RBCR、PSTART、PSTOP、ISR、IMR、PAR0～PAR5、MAR0～MAR5等。PSTART接收缓冲区起始页的地址，PSTOP接收缓冲区的结束页地址（该页不用于接收）， BNRY指向最后一个已经读取的页（读指针）CURR当前的接收结束页地址（写指针）。
网络通信其实就是帧的发送和接收。在网络中，帧传输的过程就是发送方将待发送数据按帧格式要求封装成帧， 然后通过网络芯片发送到网络传输线上的过程。
帧的接收过程分为两步：①由本地DMA将帧存入接收缓冲区中；②由远程DMA将接收缓冲区中的帧读入内存。即将网络上的数据帧接收并存在网络芯片的接收缓冲区中， 然后由主机程序将缓存区中的帧读走并存入内存中， 帧的接收工作由网络芯片自动完成， 只需对相关的寄存器和PSTART、PSTOP、CURR和BNRY进行适当的初始化即可。帧读入之前， 必须初始化相应的寄存器RSAR、RBCR，然后再启动远程DMA读操作和主机程序的读端口操作。为了读取完整的数据帧，先读入18Bit的数据，用来确定有效数据的长度，然后根据有效数据的长度将帧完整地读入。启动远程DMA读操作， 应该给CR赋0AH， 远程DMA将从接收缓冲区的DMA地址处读入数据并送往I/O数据端口， 由主机程序读入内存。这一过程将一直持续到RBCR寄存器为0结束。
在PCM接口通讯中我们采用异步传输模式，MC14LC5480DW芯片输入输出分别接单片机PD1(TXD)和PD0(RXD)。由于在工作中，单路PCM码流为64Kbit/s。所以通过单片设定其异步工作码流来实现异步通信。当单片机每接受到一个自节或几个字节的数据后，便将数据转发送给网络芯片。这些数据在单片机中并不存储。
