劉海峰 王春紅 楊三勝

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所 武漢 430079)

FM336Plus-D在PSTN中的應(yīng)用*

劉海峰 王春紅 楊三勝

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所 武漢 430079)

闡述了電話/傳真調(diào)制解調(diào)器FM336Plus-D的性能特點(diǎn)、軟硬件設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng),并給出了FM336Plus-D在PSTN中的安全保密傳輸系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例。

PSTN;FM336Plus-D;調(diào)制解調(diào)器

Class NumberTN916

1 引言

當(dāng)前,電話和傳真已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)各行各業(yè)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)電話、網(wǎng)絡(luò)傳真已進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展期,也取得了不少應(yīng)用,但是,基于PSTN(公共電話交換網(wǎng))的電話、傳真仍是人們傳送語音信息和收發(fā)文件資料的一條重要、便捷途徑,具有不可替代的強(qiáng)大生命力。

由于PSTN的傳輸信道是模擬信道,我們?cè)赑STN上發(fā)送數(shù)據(jù)、傳真時(shí),需要將待發(fā)送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,先使之轉(zhuǎn)換為適合在PSTN信道傳輸?shù)哪M信號(hào)才能發(fā)送出去;同樣,在PSTN上接收數(shù)據(jù)、傳真時(shí),也需要將接收到的模擬信號(hào)進(jìn)行解調(diào),先使模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后才能獲得原有信息。因此調(diào)制解調(diào)器是PSTN(公共電話交換網(wǎng))電話、傳真業(yè)務(wù)應(yīng)用中的關(guān)鍵芯片。對(duì)此類MODEM的選型及研究對(duì)PSTN網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用開發(fā)具有重要的借鑒意義,具有廣闊的市場(chǎng)價(jià)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(shè)計(jì),總結(jié)了若干注意事項(xiàng),最后給出了FM336Plus-D在PSTN安全保密傳輸系統(tǒng)中的具體應(yīng)用實(shí)例。

2 FM336Plus-D介紹

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

2.1 FM336Plus-D主要特點(diǎn)

·兩線制半雙工G3類傳真調(diào)制解調(diào)器,數(shù)據(jù)收發(fā)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(guī)定[1];

·兩線制全雙工數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器,數(shù)據(jù)收發(fā)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(guī)定;

·全速率下HDLC(高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制);

·可編程單音、雙音多頻發(fā)生器;

·單音、雙音多頻檢測(cè);

·異步串行、同步并行兩種數(shù)據(jù)傳輸模式;

·自動(dòng)降速(V.34半雙工);

·自動(dòng)撥號(hào)、自動(dòng)應(yīng)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(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)

圖1 FM336Plus-D硬件接口框圖

FM336Plus-D的硬件連接相對(duì)比較簡(jiǎn)單,外圍電路不是很復(fù)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(yīng)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(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片來完成接口匹配,比如使用IDT74ALVC164245完成3.3V～5V的電平轉(zhuǎn)換。相對(duì)而言,FM336Plus-D與電話機(jī)的線路接口則稍微要復(fù)雜一些,依據(jù)FM336Plus-D芯片特性,正確的設(shè)計(jì)線路接口電路,并選擇合適的線路接口元器件參數(shù),對(duì)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(gè)典型的線路接口應(yīng)用電路,實(shí)踐證明,該電路接口適應(yīng)性好,可以滿足大多數(shù)用戶的使用需求。

圖2 FM336Plus-D線路接口應(yīng)用圖

設(shè)計(jì)FM336Plus-D的硬件電路時(shí),要注意以下事項(xiàng):

1)根據(jù)芯片分類編號(hào),正確設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路。FM336Plus-D出廠時(shí)芯片表面會(huì)印有芯片型號(hào)和分類編號(hào),同樣的芯片型號(hào)不同的分類編號(hào),決定了該芯片是支持晶體時(shí)鐘電路還是支持晶振時(shí)鐘電路。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí),有可能會(huì)因?yàn)榇中亩雎粤诉@個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié),設(shè)計(jì)了不正確的時(shí)鐘接口電路,從而導(dǎo)致芯片工作異常。

2)正確設(shè)計(jì)接口電路,選擇合適匹配參數(shù)。FM336Plus-D與主處理器的控制接口連接比較簡(jiǎn)單,若兩者控制接口電平匹配,則只要把FM336Plus-D的數(shù)據(jù)總線D0-D7、地址總線 RS0-

3)重視PCB板設(shè)計(jì),有效抑制電磁干擾。FM336Plus-D既有數(shù)字接口又有模擬接口,數(shù)模電路處理不當(dāng)特別容易引起相互干擾,而且在芯片實(shí)際應(yīng)用中,FM336Plus-D經(jīng)常要與AD/DA芯片、時(shí)鐘芯片、繼電器、電源管理芯片等具有較強(qiáng)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(shè)計(jì)PCB板時(shí),要做好防電磁干擾設(shè)計(jì),盡量抑制PCB板的電磁輻射。例如,在PCB設(shè)計(jì)時(shí)考慮到以下設(shè)計(jì)原則:運(yùn)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(chǎn)生干擾的器件或連線靠近TXA1,TXA2,RIN,VC,VREF等對(duì)干擾敏感的管腳及其連線,模擬地與數(shù)字地分離,盡量將電源與地分層設(shè)計(jì),數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)分區(qū)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(gè)電源引腳處就近布置一個(gè)0.1μ F的濾波電容。

2.3 FM336Plus-D軟件設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)

FM336Plus-D的軟件設(shè)計(jì),具體來說,有兩點(diǎn)比較重要:1)使用者要對(duì)相關(guān)眾多的IT U-T建議很熟悉。比如,使用FM336Plus-D的數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí),就要清楚 V.32和 V.34協(xié)議;使用FM336Plus-D的傳真?zhèn)鬏斈Ｊ綍r(shí),則要清楚 T.30協(xié)議;2)使用者要熟練掌握FM336Plus-D共32個(gè)寄存器的讀寫、配置。下面簡(jiǎn)單介紹了在進(jìn)行FM336Plus-D軟件設(shè)計(jì)時(shí)的兩個(gè)應(yīng)用細(xì)節(jié):

1)檢測(cè)單音處理

與配置檢測(cè)單音的相關(guān)寄存器如表1所示。

表1 單音檢測(cè)寄存器表

表2 單音檢測(cè)寄存器配置表

源碼描述如下:

·檢測(cè)2100Hz單音配置

經(jīng)過上述配置后,FM336Plus-D進(jìn)入單音檢測(cè)狀態(tài),檢測(cè)結(jié)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(fā)中斷的CPU配合使用時(shí),應(yīng)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(jìn)入中斷,進(jìn)行中斷處理。

因此在處理FM336Plus-D中斷時(shí),必須確保中斷處理流程在退出該中斷處理時(shí),將FM336Plus-D的所有中斷源處理完畢,也就是說FM336Plus-D的中斷在經(jīng)過該中斷處理后,必定由中斷有效變?yōu)闊o效。反映在中斷管腳上,就是在經(jīng)過該中斷處理后,必定有一個(gè)跳變,這樣,下次中斷有效時(shí),該管腳才會(huì)出現(xiàn)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(tǒng)實(shí)例

PSTN網(wǎng)上的電話和傳真業(yè)務(wù)應(yīng)用廣泛,但PSTN網(wǎng)存在不安全、保密性差的缺點(diǎn)。現(xiàn)在,隨著人們安全意識(shí)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(xiàn)階段對(duì)PSTN進(jìn)行升級(jí)改造,增加保密措施,加強(qiáng)其安全保密強(qiáng)度也是相當(dāng)不現(xiàn)實(shí)的[5]。而在PSTN終端設(shè)備處增加具有加、解密措施的增值業(yè)務(wù)通信設(shè)備,對(duì)接入的電話、傳真數(shù)據(jù)信息進(jìn)行二次處理,是一種簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的通信安全解決方案。圖3為PSTN安全保密傳輸系統(tǒng)應(yīng)用框圖。

圖3 PSTN安全保密傳輸系統(tǒng)應(yīng)用框圖

系統(tǒng)工作流程如下:

1)電話業(yè)務(wù)模式。甲方撥打乙方電話號(hào)碼,乙方摘機(jī)后,通話雙方首先通明話,若任意一方啟動(dòng)加密申請(qǐng),增值業(yè)務(wù)通信設(shè)備監(jiān)聽到該申請(qǐng)信號(hào)后,線路切換電路立即進(jìn)行線路控制切換。這時(shí),話音調(diào)理電路與本地電話機(jī)相連,對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行“二四線”變換處理,線路調(diào)制解調(diào)器FM336Plus-D與PSTN相連,處理線路上的話音業(yè)務(wù)進(jìn)程。發(fā)送話音時(shí),電話機(jī)模擬話音信號(hào)經(jīng)由信號(hào)調(diào)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(diào)制解調(diào)器FM336Plus-D發(fā)送至PSTN線路。反之,接收話音時(shí),增值業(yè)務(wù)通信設(shè)備將從PSTN線路接收到的調(diào)制信號(hào)先經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器FM336Plus-D解調(diào),然后再經(jīng)過主控模塊解密、聲碼話解碼、DA變換、信號(hào)調(diào)理等一系列處理流程,最后將模擬話音信號(hào)送至電話機(jī)。電話通話結(jié)束,通話任意一方掛機(jī),增值業(yè)務(wù)通信設(shè)備檢測(cè)到本地電話機(jī)掛機(jī)信號(hào)后,先通過本端FM336Plus-D向?qū)Ψ紽M336Plus-D發(fā)送掛機(jī)碼,然后線路切換電路斷開PSTN連接,進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。

2)傳真工作模式。甲方撥打乙方電話號(hào)碼,乙方摘機(jī),接收傳真方發(fā)送傳真“啟動(dòng)”信號(hào),增值業(yè)務(wù)通信設(shè)備監(jiān)聽到傳真機(jī)發(fā)出的單音信號(hào)后,線路切換電路立即進(jìn)行線路控制切換。這時(shí),本地調(diào)制解調(diào)器FM336Plus-D與本端傳真機(jī)相連,處理本端的傳真業(yè)務(wù)進(jìn)程,線路調(diào)制解調(diào)器FM336Plus-D與PSTN相連,處理線路上的傳真業(yè)務(wù)進(jìn)程。發(fā)送傳真時(shí),本端傳真機(jī)發(fā)出的傳真數(shù)據(jù)信息經(jīng)由FM336Plus-D接收解調(diào),再經(jīng)過主控模塊進(jìn)行加密處理,最后將加密后的傳真數(shù)據(jù)通過線路調(diào)制解調(diào)器FM336Plus-D發(fā)送至PSTN線路。反之,接收傳真時(shí),增值業(yè)務(wù)通信設(shè)備將從PSTN線路接收到的調(diào)制信號(hào)先經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器FM336Plus-D解調(diào),再經(jīng)過主控模塊進(jìn)行解密,最后將解密后的傳真數(shù)據(jù)通過本地調(diào)制解調(diào)器FM336Plus-D送至傳真機(jī)。傳真發(fā)送結(jié)束,線路切換電路斷開PSTN連接,并進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。

4 結(jié)語

本文介紹了FM336Plus-D的性能特點(diǎn)、軟硬件設(shè)計(jì)和注意事項(xiàng),并基于FM336Plus-D設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于FM336Plus-D的PSTN安全保密傳輸應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、使用方便、語音清晰、傳輸可靠、線路適應(yīng)能力強(qiáng)、保密性高等諸多優(yōu)點(diǎn),已在諸多場(chǎng)合得到了很好的應(yīng)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(diào)制解調(diào)器[M].北京:人民郵電出版社,1996

[3]周子耀.傳真三類機(jī)軟硬件原理與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,1997

[4]胡慶鐘,李小剛.TM S320C55x DSP原理、應(yīng)用和設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006

[5]胡曉勤.通用PSTN安全電話的研究與實(shí)現(xiàn)[D].四川大學(xué),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(wǎng)絡(luò)安全。楊三勝,男,碩士研究生,研究方向:通信安全。