FM336Plus-D在PSTN中的應用*

劉海峰 王春紅 楊三勝

(中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430079)

FM336Plus-D在PSTN中的應用*

劉海峰 王春紅 楊三勝

(中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430079)

闡述了電話/傳真調制解調器FM336Plus-D的性能特點、軟硬件設計及注意事項,并給出了FM336Plus-D在PSTN中的安全保密傳輸系統應用實例。

PSTN;FM336Plus-D;調制解調器

Class NumberTN916

1 引言

當前,電話和傳真已經廣泛應用于社會各行各業。隨著計算機技術的發展,網絡電話、網絡傳真已進入了一個快速發展期,也取得了不少應用,但是,基于PSTN(公共電話交換網)的電話、傳真仍是人們傳送語音信息和收發文件資料的一條重要、便捷途徑,具有不可替代的強大生命力。

由于PSTN的傳輸信道是模擬信道,我們在PSTN上發送數據、傳真時,需要將待發送的數字信號進行調制,先使之轉換為適合在PSTN信道傳輸的模擬信號才能發送出去;同樣,在PSTN上接收數據、傳真時,也需要將接收到的模擬信號進行解調,先使模擬信號轉換為數字信號后才能獲得原有信息。因此調制解調器是PSTN(公共電話交換網)電話、傳真業務應用中的關鍵芯片。對此類MODEM的選型及研究對PSTN網絡的應用開發具有重要的借鑒意義,具有廣闊的市場價值[2]。

本文以介紹了FM336Plus-D的主要性能,著重研究了該款MODEM的軟硬件設計,總結了若干注意事項,最后給出了FM336Plus-D在PSTN安全保密傳輸系統中的具體應用實例。

2 FM336Plus-D介紹

FM336Plus-D是美國Conexant公司推出的一款高性能電話/傳真調制解調器芯片。

2.1 FM336Plus-D主要特點

·兩線制半雙工G3類傳真調制解調器,數據收發速率最高可至33.6kbps。符合IT U-T建議V.34 half-duplex,V.17,V.33,V.29,V.27 ter,V.21信道2,V.8和T.30附錄F的規定[1];

·兩線制全雙工數據調制解調器,數據收發速率最高可至33.6kbps。符合ITU-T建議V.34,V.32 bis,V.32,V.22 bis,V.22,V.23,V.21,Bell212A和Bell 103的規定;

·全速率下HDLC(高級數據鏈路控制);

·可編程單音、雙音多頻發生器;

·單音、雙音多頻檢測;

·異步串行、同步并行兩種數據傳輸模式;

·自動降速(V.34半雙工);

·自動撥號、自動應答控制;

·與TTL、COMS兼容,DTE接口支持微處理器總線接口和ITU-T V.24(EIA/TIA-232-E)接口[3];

·低功耗:285mW(典型值)。

2.2 FM336Plus-D硬件設計及注意事項

圖1 FM336Plus-D硬件接口框圖

FM336Plus-D的硬件連接相對比較簡單,外圍電路不是很復雜,硬件接口框圖如圖1所示。RS4 、/WR 、/RD 、/CS 、/RESET 、IRQ 等引 腳 直接與主處理器相應管腳相連即可[4];若兩者控制接口電平不匹配,則需要在FM336Plus-D與主處理器之間接入一個電平轉換芯片來完成接口匹配,比如使用IDT74ALVC164245完成3.3V～5V的電平轉換。相對而言,FM336Plus-D與電話機的線路接口則稍微要復雜一些,依據FM336Plus-D芯片特性,正確的設計線路接口電路,并選擇合適的線路接口元器件參數,對保證芯片的工作性能和可靠性則顯得尤為重要。圖3是一個典型的線路接口應用電路,實踐證明,該電路接口適應性好,可以滿足大多數用戶的使用需求。

圖2 FM336Plus-D線路接口應用圖

設計FM336Plus-D的硬件電路時,要注意以下事項:

1)根據芯片分類編號,正確設計時鐘電路。FM336Plus-D出廠時芯片表面會印有芯片型號和分類編號,同樣的芯片型號不同的分類編號,決定了該芯片是支持晶體時鐘電路還是支持晶振時鐘電路。設計者在設計時鐘電路時,有可能會因為粗心而忽略了這個設計細節,設計了不正確的時鐘接口電路,從而導致芯片工作異常。

2)正確設計接口電路,選擇合適匹配參數。FM336Plus-D與主處理器的控制接口連接比較簡單,若兩者控制接口電平匹配,則只要把FM336Plus-D的數據總線D0-D7、地址總線 RS0-

3)重視PCB板設計,有效抑制電磁干擾。FM336Plus-D既有數字接口又有模擬接口,數模電路處理不當特別容易引起相互干擾,而且在芯片實際應用中,FM336Plus-D經常要與AD/DA芯片、時鐘芯片、繼電器、電源管理芯片等具有較強輻射或干擾的器件搭配使用,因此為保證FM336Plus-D獲得較好的工作性能,則必須在設計PCB板時,要做好防電磁干擾設計,盡量抑制PCB板的電磁輻射。例如,在PCB設計時考慮到以下設計原則:運放等模擬器件盡量靠近布置在芯片模擬輸入/輸出管腳旁,晶體/晶振盡量靠近芯片管腳且將其外殼接地,避免產生干擾的器件或連線靠近TXA1,TXA2,RIN,VC,VREF等對干擾敏感的管腳及其連線,模擬地與數字地分離,盡量將電源與地分層設計,數字信號與模擬信號分區布線且盡量不平行布線,電源線與地線布線寬度盡量寬,每個電源引腳處就近布置一個0.1μ F的濾波電容。

2.3 FM336Plus-D軟件設計及注意事項

FM336Plus-D的軟件設計,具體來說,有兩點比較重要:1)使用者要對相關眾多的IT U-T建議很熟悉。比如,使用FM336Plus-D的數據傳輸模式時,就要清楚 V.32和 V.34協議;使用FM336Plus-D的傳真傳輸模式時,則要清楚 T.30協議;2)使用者要熟練掌握FM336Plus-D共32個寄存器的讀寫、配置。下面簡單介紹了在進行FM336Plus-D軟件設計時的兩個應用細節:

1)檢測單音處理

與配置檢測單音的相關寄存器如表1所示。

表1 單音檢測寄存器表

表2 單音檢測寄存器配置表

源碼描述如下:

·檢測2100Hz單音配置

經過上述配置后,FM336Plus-D進入單音檢測狀態,檢測結果通過0x0B寄存器的第5、6、7位提供給用戶使用。

2)中斷處理流程

FM336Plus-D的中斷為電平中斷,在和脈沖觸發中斷的CPU配合使用時,應特別注意中斷處理,以免FM336Plus-D的中斷將CPU中斷拉死,造成CPU無法再進入中斷,進行中斷處理。

因此在處理FM336Plus-D中斷時,必須確保中斷處理流程在退出該中斷處理時,將FM336Plus-D的所有中斷源處理完畢,也就是說FM336Plus-D的中斷在經過該中斷處理后,必定由中斷有效變為無效。反映在中斷管腳上,就是在經過該中斷處理后,必定有一個跳變,這樣,下次中斷有效時,該管腳才會出現中斷有效的脈沖,保證CPU能捕捉并處理下次中斷。

源碼描述如下:

3 安全保密傳輸系統實例

PSTN網上的電話和傳真業務應用廣泛,但PSTN網存在不安全、保密性差的缺點。現在,隨著人們安全意識的不斷提高,基于PSTN上的通信安全問題也得到了日益重視。但是,在現階段對PSTN進行升級改造,增加保密措施,加強其安全保密強度也是相當不現實的[5]。而在PSTN終端設備處增加具有加、解密措施的增值業務通信設備,對接入的電話、傳真數據信息進行二次處理,是一種簡單易行、經濟實用的通信安全解決方案。圖3為PSTN安全保密傳輸系統應用框圖。

圖3 PSTN安全保密傳輸系統應用框圖

系統工作流程如下:

1)電話業務模式。甲方撥打乙方電話號碼,乙方摘機后,通話雙方首先通明話,若任意一方啟動加密申請,增值業務通信設備監聽到該申請信號后,線路切換電路立即進行線路控制切換。這時,話音調理電路與本地電話機相連,對話音信號進行“二四線”變換處理,線路調制解調器FM336Plus-D與PSTN相連,處理線路上的話音業務進程。發送話音時,電話機模擬話音信號經由信號調理、AD變換、聲碼話編碼、主控模塊加密等一系列處理流程,最后通過調制解調器FM336Plus-D發送至PSTN線路。反之,接收話音時,增值業務通信設備將從PSTN線路接收到的調制信號先經由調制解調器FM336Plus-D解調,然后再經過主控模塊解密、聲碼話解碼、DA變換、信號調理等一系列處理流程,最后將模擬話音信號送至電話機。電話通話結束,通話任意一方掛機,增值業務通信設備檢測到本地電話機掛機信號后,先通過本端FM336Plus-D向對方FM336Plus-D發送掛機碼,然后線路切換電路斷開PSTN連接,進入待機工作狀態。

2)傳真工作模式。甲方撥打乙方電話號碼,乙方摘機,接收傳真方發送傳真“啟動”信號,增值業務通信設備監聽到傳真機發出的單音信號后,線路切換電路立即進行線路控制切換。這時,本地調制解調器FM336Plus-D與本端傳真機相連,處理本端的傳真業務進程,線路調制解調器FM336Plus-D與PSTN相連,處理線路上的傳真業務進程。發送傳真時,本端傳真機發出的傳真數據信息經由FM336Plus-D接收解調,再經過主控模塊進行加密處理,最后將加密后的傳真數據通過線路調制解調器FM336Plus-D發送至PSTN線路。反之,接收傳真時,增值業務通信設備將從PSTN線路接收到的調制信號先經由調制解調器FM336Plus-D解調,再經過主控模塊進行解密,最后將解密后的傳真數據通過本地調制解調器FM336Plus-D送至傳真機。傳真發送結束,線路切換電路斷開PSTN連接,并進入待機工作狀態。

4 結語

本文介紹了FM336Plus-D的性能特點、軟硬件設計和注意事項,并基于FM336Plus-D設計并實現了一個基于FM336Plus-D的PSTN安全保密傳輸應用系統。該系統具有操作簡單、使用方便、語音清晰、傳輸可靠、線路適應能力強、保密性高等諸多優點,已在諸多場合得到了很好的應用。

[1]FM336Plus V.34/Group 3 High Performance Fax Modem Family Designer's Guid[EB/OL].Conexant Proprietary Information,2001

[2]朱梅英,等.傳真通信與調制解調器[M].北京:人民郵電出版社,1996

[3]周子耀.傳真三類機軟硬件原理與應用[M].北京:電子工業出版社,1997

[4]胡慶鐘,李小剛.TM S320C55x DSP原理、應用和設計[M].北京:機械工業出版社,2006

[5]胡曉勤.通用PSTN安全電話的研究與實現[D].四川大學,2004

Application of FM336Plus-Din PSTN

Liu Haifeng Wang Chunhong YangSansheng
(No.722 Research Institute of CSIC,Wuhan 430079)

FM336Plus-D is a high performance Phone and Fax M odem in PSTN.In this paper,we discuss the features,the hardware interfaces,the hardware implementation,the software implementation and some Notes when implementing.Base on that discussing,an application of FM336Plus-D In PSTN for security was analyzed.

PSTN,FM336Plus-D,MODEM

TN916

2010年9月19日,

2010年10月23日

劉海峰,男,碩士研究生,研究方向:通信安全。王春紅,女,碩士研究生,研究方向:網絡安全。楊三勝,男,碩士研究生,研究方向:通信安全。