基于nios软核cpu技术的多路电话计费系统的设计与实现 作者：魏毅

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1、基于NIOS软核CPU技术的多路电话计费系统的设计与实现作者：魏　毅，柯　赓  时间：2006-10-09  来源:    摘　要：随着CPU性能的大幅提升，嵌入式系统的设计已经进入了更广范的领域，在单一芯片上采用更合理的设计工艺、集成更多的逻辑功能，已经成为技术发展趋势。介绍了一套基于Altera公司的NIOS嵌入式CPU开发的多路电话计费系统。该系统充分体现了SOPC(SystemOnProgrammableChip)的设计理念，采用Altera公司的Cyclone芯片实现了多路电话的计费、管理等功能，获得了最优的性价比。从硬件设计与软件设计2个方面介绍了系统的开发流程，

2、尤其是对片内资源的配置部分做了详细地说明。关键词：片上可编程系统；知识产权；软核处理器；嵌入式系统引言　　近几年来，随着CPU性能的大幅提升，嵌入式系统的设计渐渐进入了更广范的领域，在单一芯片上采用更合理的设计工艺、集成更多的逻辑功能，已经成为技术发展趋势，也对设计开发人员提出了更严峻的挑战。本文介绍的电话计费系统采用Altera公司的Cyclone芯片，结合NIOS软核嵌入式CPU来设计开发。在此Cyclone芯片上，除串口、键盘等接口外，将实时显示部分也集成进去，同时通过标准的I/O口外接了1片CMX868的Modem芯片来实现远端拨号功能，最大限度地使用了Cyclone

3、芯片的资源，同时降低了成本，达到了最优的性价比。系统介绍此多路电话计费系统是一种可实时计费，自动结算，并具备远程管理功能的电话计费系统。目前，在国内人口密集的地区，有人值守的计费电话发展很快，在中小企业、宾馆酒店和话吧使用此多路电话计费系统是较为理想的选择。因此，近几年多路电话计费系统的需求仍会增加，有着很好的市场前景。采用NIOS软核处理器的原因该设计结合NIOS软核处理器和Cyclone芯片来实现，采用NIOS软核处理器主要有以下几个原因：(1)与传统的电话计费系统相比有着极好的性价比。目前，国内的计费系统的设计主要有2种：一是使用PC机，配套计费软件；二是使用单片机，每

4、片单片机负责一路电话，再另外使用一片做管理。前者成本太高，后者仅适用于1～4路的小容量情况。在大容量的情况下，例如在16路电话业务的情况下，配合处理起来性能上很难达到商家的要求。而使用NIOS软核处理器来设计，利用SOPC在FPGA上的高度集成性能，不但可以满足性能上的要求，最重要的是可以达到最好的性价比。(2)与其他同级别的CPU相比，NIOS有其明显的设计优势。从性能上来说，NIOS软核处理器与例如ARM、Intel等的CPU处于同一级别，都能够满足设计的需要，但是在系统逻辑复杂的情况下，使用一颗Cyclone或Stratix的NIOSCPU能够设计自己所需的逻辑。例如，

5、本设计中需把显示部分用逻辑实现，此时选用NIOSCPU的优势就体现出来：把NIOS和Cyclone结合在一起，就产生了相对于其他CPU的更好的性价比。(3)产品的升级空间很大。Altera公司的软件升级速度很快，使用NIOS软核处理器，随着其软件的升级，仅需更改设计文件(部分代码)，就可以实现系统的升级换代，这样，产品可以在今后有更多提高性能的可能。(4)本实验室一直跟踪使用Altera的开发软件，从早期的Max+PLUS到如今的Quartus，NIOS软核CPU的SOPC配置工具从第一代的命令行形式的SDK到如今的基于Windows界面的NIOSIDE，已经具备了较丰富的开

6、发经验。系统功能描述该设备的主要功能有：话机状态实时显示；实时计费，自动结算；免费、禁打等电话设置；押金控制功能；详尽的话单查询及统计功能；远程实时管理功能，网管中心可通过Modem对计费器进行费率更新等实时管理操作。设备的实时显示部分，准备在Cyclone芯片中做出一个显示逻辑，通过普通的AV端外接一个监视器或小电视，显示各路话机的当前状态；计费结算、免费、禁打的设置、押金控制、话单查询及统计等功能在软件流程设计中给予充分考虑；远程实时管理部分，采用CMX868调制解调器芯片编程实现，拨号与远端的Modem互联，通过电话线进行费率的下载与更新。系统性能参数脉冲及双音频收号准

7、确度>99.99%；计费系统的计时误差<±100ms/话单；系统在满负荷工作情况下计费差错率<0.05%。接口空闲杂音电平：≤-70dBmp；谐波失真：300～3400Hz频带内，相对于800Hz，0dBm的信号，其产生的谐波应比输入信号至少低45dB。串音：计费系统满负荷工作情况下，在任意一条线路，串音防卫度不小于65dB。费率更新：通过软件更新费率，串口波特率为38.4kb/s。系统设计系统硬件设计Altera的NIOS系统的突出优点表现在他的灵活性和可裁减上，系统提供大量免费的IP，设计者可以任意