基于FPGA的数字交换系统的设计

　　专用交换机过于强大专业的功能，以及昂贵的价格，并非小型建网的理想选择；同时，传统的PBX的模拟交换方式存在着失真大、欠灵活以及随规模增大而复杂度剧增的不足。本文提出的方案，有别于常用PBX的模拟交换，是一种适用于一定规模局域网的数字交换机。FPGA的使用在保证了性能提高的同时，在复杂度和扩展性方面也有了明显的改进。

　　一 、系统结构

　　本系统实现了带有16路内线电话、同时具备4路外线接口的数字交换机，系统结构如图1。

 

　　（1）用户接口及PCM编码部分

　　用户接口电路选用IDT公司的821611芯片，该芯片与编码芯片IDT821034配合良好。用户线各对应一片821611，四路用户接入一片821034（可调增益的四路PCM编码芯片），最终4片821034的PCM信号（16路）一起挂接在PCM总线上，送入FPGA。要注意的是， 821034采用的类似SPI (Serial Peripheral InteRFace)的串行控制接口，使我们能采用带SPI的单片机（例如，Analog公司的Aduc812），很方便地实现对多片IDT821034的控制。

　　（2）外线接口

 
　　外线接口一部分负责外线的铃流检测和变压器(仅通过语音)接入。铃流检测采用了SGS公司的LS1240。每当铃流进入，向FPGA送出高电平，从而测知外线的呼入。另一部分为与内线中的SLIC和CODEC类似的语音编解码部分，负责将交换后的数字信号转为语音送到外线（或者将外线语音及DTMF编码后送入FPGA）。

　　(3) DTMF接收及提示语音产生

　　系统中，20路电话（含4路外线）复用4路DTMF收号芯片进行收号。FPGA将待收号话路的PCM信号送到当前空闲的收号模块。DTMF的接收由MT8870完成， FPGA与MT8870之间，有一片MT8965（单通道语音编解码芯片）,将FPGA送出数字信号转为模拟信号由MT8870读取。而交换过程的提示语音则选用ISD4004（语音录放芯片，SPI控制），将其语音输出接在MT8965的语音输入端，再以PCM的编码形式送入FPGA。每路DTMF接收和语音送出均为固定时隙，交换控制在FPGA中完成。

　　(4) FPGA

　　FPGA作为核心部分，负责数字交换、信号音产生及控制、收号控制、提示音控制、外线接口控制、时钟产生等功能。为了与外围器件配合，选用兼容5V接口的FPGA（如Altera的ACEX 1K）。详细说明在后面给出。

　　(5)MCU

　　MCU（这里选用Analog公司的Aduc812，具有包括SPI在内的的灵活的用户接口）负责整个系统运行过程的调度及流程控制。软件设计的一些细节也将在后面进行说明。