程控交换机呼叫信息缓冲系统的设计
时间：2006-03-13 19:52:00
[导读]程控交换机生成的电话呼叫信息一般通过其标准的串行接口输出，电话计费系统软件可以用计算机直接从交换机接收呼叫信息。
程控交换机生成的电话呼叫信息一般通过其标准的串行接口输出，电话计费系统软件可以用计算机直接从交换机接收呼叫信息。但呼叫信息的输出是随机的，取决于交换机支持的网上分机电话的使用状态。为防止信息丢失，计算机系统必须保持全天二十四小时连续工作。程控交换机话单自动存储器的设计与应用，一定程度上提高了计费工作的灵活性，降低了系统的运行成本1?。但早期系统或是不具备多任务工作特性，使用不便；或是采用静态RAM作缓存，导致数据存储可靠性不高，系统功耗较大；而且系统功能设计较低且不规范，灵活性较差。
本文以AT89C52单片机为核心，采用Intel Strata系列闪速存储器作缓存，设计开发的新一代程控交换机呼叫信息缓冲系统，用于串行数据的接收、缓存和读出，具有多任务工作特性，而且实时性好，读出速度快，数据存储可靠性高，使用灵活方便。
1 系统的基本性能要求
?1 实时缓冲能力
在缓存空间允许和系统供电正常的条件下，保证呼叫信息的实时接收和缓存。设计采用软串口接收数据，波特率为300×2nbps(其中n=0~6)，并实现对交换机输出波特率的自动识别与跟踪。
?2 大容量缓存、配置灵活
支持缓存空间高达16MB，并可在1~16MB之间进行剪裁配置。支持空闲缓存容量的动态查询和声光报警功能，使缓存信息能被及时读出。
?3 支持一组规范的命令
定义并支持一组规范的命令，实现呼叫信息的读出和提供用户对系统的维护。设计相应的协议，以规范命令及其响应信息的功能和特征。
?4 具备多任务特性
系统可以在接收和响应用户命令的同时，实现呼叫信息的实时接收和缓存。即系统在交换机与用户机之间的工作，包括交换机呼叫信息的接收与缓存、用户命令信息的接收与响应，宏观上具有多任务特性。支持呼叫信息读出口波特率在9.6~460kbps之间可选。支持直接或Modem连接，实现呼叫信息的本地或远程读出。
2 系统硬件设计
图1所示为交换机呼叫信息缓存系统的硬件结构框图。其主要构成包括：
1选用Atmel公司微控制器AT89C52为核心，时钟频率为18.432MHz；AT89C52硬件资源分配方案如表1。
2采用Intel公司新近推出的Strata系列闪速存储器28F320J5和28F640J5构成缓冲存储器阵列，硬件支持4MB、8MB、12MB或16MB缓存空间配置，采用无跳线设计。
?3扩展UART接口芯片TL16C550，采用Maxim公司的MAX3225完成CMOS与RS232C电平转换，用于与计算机或Modem接口。此设计方案的特点是：串口收发各有16字节的硬件FIFO，速度高达460kbps；接口抗静电能力为15kV。
?4利用AT89C52的口线构成软件串行接口。采用电流环I/O驱动电路和相应的电平转换电路与交换机串口连接，支持通信距离可达1km。
?5后备电池管理及DC-DC变换电路。串行输出A/D变换器TLC0838C主要用于外部电源及电池电压及容量的监测，而并行输出口74HC374芯片则用于电池充放电控制及MAX3225、电流环电路的开关控制。
?6单片串行EEPROM X25045用于系统参数的配置与保存、低电源电压监视、可编程硬件看门狗电路。
?7闪速存储器AT29C256用于微控制器片外执行系统软件。用户还可以利用AT89C52内部程序存储器中的重载模块和AT29C256，实施系统软件的在线升级。
3 系统软件设计
3.1 主流程
图2为包括初始化和主循环的系统软件主体流程。
其中，初始化程序完成系统主缓存容量及其读写断点的检测，包括实现对28F320J5与28F640J5混合配置及无跳线硬件设计的支持；从串行EEPROM中读取系统配置参数，设置各种报警门限值、初始化软串口和TL16C550硬串口波特率等；单片机和TL16C550 接口硬件的初始化编程。主循环中，后备电池管理主要包括电池工作模式及其工作时间、电池可维持系统工作时间及电池容量信息的管理、电池充放电控制等；LED及蜂鸣器控制提供诸如空闲缓存容量低于门限、直接或Modem连接、电池供电、软串口连接故障等状态的指示或声光报警，T1定时中断服务为其提供基准定时，而T0则用于产生约2.4kHz的"蜂鸣器"驱动波形。
表2为系统支持的命令集(共37个命令)中最基本的一部分。其中"NAK"和"ACK+检查和"用于呼叫信息读出协议。系统收到"NAK"或错误"检查和"时，发送"NAK+话单"信息包(一条话单为一次电话呼叫产生的以CR或CR/LF结束的呼叫信息串)；收到正确"检查和″时，发送"ACK+话单"信息包；无话单可读出时发送响应信息"?DISCONNECT"。此外，协议规定一般命令以问号开头，响应信息以感叹号开头。
3.2 信息缓存
交换机呼叫信息的接收及缓冲存储，是嵌入在各功能模块中完成的，如图3所示。
针对Strata 闪速存储器的编程特点，在AT89C52内部RAM区开辟二个大小为16字节的编程缓冲区。软串口接收到的串行数据经动态压缩之后依次循环填入缓冲区，一旦填满一个缓冲区，即通知系统实施缓冲编程。各功能模块在执行过程中及时主动检测相应的通知标志，确保呼叫信息的实时缓存。
3.3 软串口的实现
以AT89C52的INT0引脚为RXD，结合INT0边沿中断和T2定时中断服务程序的设计，以软件方式控制串行呼叫信息的采样接收。同时通过监测记录串行帧起始位及LSB的特征，设计相应的技术准则，实现对交换机串口输出波特率的自动识别与跟踪。
AT89C52为核心，选用性价比高的主存储器和外围接口芯片，配合强大灵活的软件设计，开发程控交换机呼叫信息缓冲系统，实现了低成本、大容量、高实时和多任务特性。此外，系统还具有以下重要特点：(1)软串口具有波特率自动识别能力；(2)信息读出速度可达460kbps；(3)后备电池管理，声光报警；(4)系统软件在线重载；(5)命令集设计规范，功能完备；?6已通过严格的功能和电磁兼容测试。本系统适合公司、学校、科研和政府等部门程控交换机话单业务的管理。
本文以AT89C52单片机为核心，采用Intel Strata系列闪速存储器作缓存，设计开发的新一代程控交换机呼叫信息缓冲系统，用于串行数据的接收、缓存和读出，具有多任务工作特性，而且实时性好，读出速度快，数据存储可靠性高，使用灵活方便。
1 系统的基本性能要求
?1 实时缓冲能力
在缓存空间允许和系统供电正常的条件下，保证呼叫信息的实时接收和缓存。设计采用软串口接收数据，波特率为300×2nbps(其中n=0~6)，并实现对交换机输出波特率的自动识别与跟踪。
?2 大容量缓存、配置灵活
支持缓存空间高达16MB，并可在1~16MB之间进行剪裁配置。支持空闲缓存容量的动态查询和声光报警功能，使缓存信息能被及时读出。
?3 支持一组规范的命令
定义并支持一组规范的命令，实现呼叫信息的读出和提供用户对系统的维护。设计相应的协议，以规范命令及其响应信息的功能和特征。
?4 具备多任务特性
系统可以在接收和响应用户命令的同时，实现呼叫信息的实时接收和缓存。即系统在交换机与用户机之间的工作，包括交换机呼叫信息的接收与缓存、用户命令信息的接收与响应，宏观上具有多任务特性。支持呼叫信息读出口波特率在9.6~460kbps之间可选。支持直接或Modem连接，实现呼叫信息的本地或远程读出。
2 系统硬件设计
图1所示为交换机呼叫信息缓存系统的硬件结构框图。其主要构成包括：
1选用Atmel公司微控制器AT89C52为核心，时钟频率为18.432MHz；AT89C52硬件资源分配方案如表1。
2采用Intel公司新近推出的Strata系列闪速存储器28F320J5和28F640J5构成缓冲存储器阵列，硬件支持4MB、8MB、12MB或16MB缓存空间配置，采用无跳线设计。
?3扩展UART接口芯片TL16C550，采用Maxim公司的MAX3225完成CMOS与RS232C电平转换，用于与计算机或Modem接口。此设计方案的特点是：串口收发各有16字节的硬件FIFO，速度高达460kbps；接口抗静电能力为15kV。
?4利用AT89C52的口线构成软件串行接口。采用电流环I/O驱动电路和相应的电平转换电路与交换机串口连接，支持通信距离可达1km。
?5后备电池管理及DC-DC变换电路。串行输出A/D变换器TLC0838C主要用于外部电源及电池电压及容量的监测，而并行输出口74HC374芯片则用于电池充放电控制及MAX3225、电流环电路的开关控制。
?6单片串行EEPROM X25045用于系统参数的配置与保存、低电源电压监视、可编程硬件看门狗电路。
?7闪速存储器AT29C256用于微控制器片外执行系统软件。用户还可以利用AT89C52内部程序存储器中的重载模块和AT29C256，实施系统软件的在线升级。
3 系统软件设计
3.1 主流程
图2为包括初始化和主循环的系统软件主体流程。
其中，初始化程序完成系统主缓存容量及其读写断点的检测，包括实现对28F320J5与28F640J5混合配置及无跳线硬件设计的支持；从串行EEPROM中读取系统配置参数，设置各种报警门限值、初始化软串口和TL16C550硬串口波特率等；单片机和TL16C550 接口硬件的初始化编程。主循环中，后备电池管理主要包括电池工作模式及其工作时间、电池可维持系统工作时间及电池容量信息的管理、电池充放电控制等；LED及蜂鸣器控制提供诸如空闲缓存容量低于门限、直接或Modem连接、电池供电、软串口连接故障等状态的指示或声光报警，T1定时中断服务为其提供基准定时，而T0则用于产生约2.4kHz的"蜂鸣器"驱动波形。
表2为系统支持的命令集(共37个命令)中最基本的一部分。其中"NAK"和"ACK+检查和"用于呼叫信息读出协议。系统收到"NAK"或错误"检查和"时，发送"NAK+话单"信息包(一条话单为一次电话呼叫产生的以CR或CR/LF结束的呼叫信息串)；收到正确"检查和″时，发送"ACK+话单"信息包；无话单可读出时发送响应信息"?DISCONNECT"。此外，协议规定一般命令以问号开头，响应信息以感叹号开头。
3.2 信息缓存
交换机呼叫信息的接收及缓冲存储，是嵌入在各功能模块中完成的，如图3所示。
针对Strata 闪速存储器的编程特点，在AT89C52内部RAM区开辟二个大小为16字节的编程缓冲区。软串口接收到的串行数据经动态压缩之后依次循环填入缓冲区，一旦填满一个缓冲区，即通知系统实施缓冲编程。各功能模块在执行过程中及时主动检测相应的通知标志，确保呼叫信息的实时缓存。
3.3 软串口的实现
以AT89C52的INT0引脚为RXD，结合INT0边沿中断和T2定时中断服务程序的设计，以软件方式控制串行呼叫信息的采样接收。同时通过监测记录串行帧起始位及LSB的特征，设计相应的技术准则，实现对交换机串口输出波特率的自动识别与跟踪。
AT89C52为核心，选用性价比高的主存储器和外围接口芯片，配合强大灵活的软件设计，开发程控交换机呼叫信息缓冲系统，实现了低成本、大容量、高实时和多任务特性。此外，系统还具有以下重要特点：(1)软串口具有波特率自动识别能力；(2)信息读出速度可达460kbps；(3)后备电池管理，声光报警；(4)系统软件在线重载；(5)命令集设计规范，功能完备；?6已通过严格的功能和电磁兼容测试。本系统适合公司、学校、科研和政府等部门程控交换机话单业务的管理。
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