Ingeniero
Páginas: 7 (1622 palabras)
Publicado: 22 de junio de 2013
Diseño de una plataforma para Voz sobre IP basado en FPGA
Cortez Wilmen, Quelving Quero y Rojas Miguel
UNEXPO, Ciudad Guayana, Edo. Bolívar 8050 Venezuela.
cortezwilmen@gmail.com, miguel8621@gmail.com
RESUMEN
En este artículo se realiza el diseño de una plataforma para voz sobre IP basado en FPGA, utilizando el microprocesador MicroBlaze embebido sobre un Virtex5, una de las familiasde FPGA de Xilinx. Se presentan sus módulos hardwares para albergar un sistema operativo con el Kernel 2.6 de Linux, probándose con la tarjeta de desarrollo ML507 de Xilins.
Se obtiene un cliente VoIP capaz de establecer comunicación y registro con el servidor VoIP y demás clientes de la red IP, llámese teléfonos IP, software VoIP. Se logra el funcionamiento del protocolo SIP, así como lapreparación del protocolo RTP para su utilización como transportador de paquetes de voz.
Palabras claves: FPGA, Sistema Embebido, MicroBlaze, Petalinux, VoIP.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad crece el requerimiento de dotar de inteligencia y automaticidad al diseño de equipos y sistemas electrónicos. El constante desarrollo de elementos y dispositivos electrónicos hacen posible la inclusión desoftware cada vez más flexibles que añaden calidad en el funcionamiento y servicio del sistema.
El continuo auge de servicios y aplicaciones de VoIP demanda de plataformas capaces del manejo de los protocolos VoIP. Muchos de estos equipos además ofrecen otras posibilidades, como múltiples interfaces de configuración (CLI1, interfaces Web, entre otros), sistemas automatizados de alarmas yregistros. Este valor agregado tributa a un mayor control, mantenimiento y administración del sistema.
La utilización de la tecnología FPGA permite responder tanto a necesidades de velocidad de procesamiento, a través del diseño mediante lenguajes de descripción de hardware (Hardware Description Lenguage, HDL), como requerimientos de análisis y cómputo utilizando microprocesadores empotrados.
Eldesarrollo de μcLinux, porción escogida y adecuada del kernel Linux, ha dado lugar al desarrollo de variantes de Linux con el objetivo de que sea soportado por varios tipos de microprocesadores. Petalinux es una versión adaptada de μcLinux compatible con las características de MicroBlaze, este último microprocesador definido en las herramientas de diseño para Xilinx.
LIMITACIONES
No se cuentacon la tarjeta Spartan 3, ya que su precio esta alrededor de los 1300$.
Los paquetes de simulaciones para desarrollar una aplicación en la FPGA no poseen licencias GPL
Se debe cumplir con los requerimientos mínimos para la instalación de petalinux en cuanto a las características del equipo.
2Gb RAM
Pentium 4 2GHz CPU clock o equivalente
5 GB free HDD space
Recomendado OS: Ubuntu10.04 (arquitectura 32-bit
ARQUITECTURA DEL MICROBLAZE
Microblaze es un microprocesador RISC de 32 bits desarrollado por Xilinx para sus FPGAs de las familias Spartan y Virtex. Sigue una arquitectura Harvard con buses de memoria de datos e instrucciones separados. Una de sus principales características es que es muy configurable, pudiendo incluir o excluir una serie de elementos delmicroprocesador según las necesidades de la aplicación objetivo permitiendo una gran variedad de configuraciones más o menos rápidas y que ocupan más o menos área en la FPGA. Las características más destacables de este SCP son:
32 registros de propósito general de 32 bits.
Instrucciones de 32 bits, con 3 operandos y 2 modos de direccionamiento.
Bus de direcciones de 32 bits.
Pipeline configurable de3 o 5 etapas.
FPU, barrel-shifter y multiplicador y/o divisor de enteros opcionales.
Módulo de depuración opcional.
Caché de instrucciones y caché de datos opcionales.
3 interfaces de bus disponibles para conectar distintos tipos de periféricos:
LMB (47)(Local Memory Bus): Bus síncrono de alta velocidad utilizado principalmente para conectar los bloques de memoria interna de la...
Cortez Wilmen, Quelving Quero y Rojas Miguel
UNEXPO, Ciudad Guayana, Edo. Bolívar 8050 Venezuela.
cortezwilmen@gmail.com, miguel8621@gmail.com
RESUMEN
En este artículo se realiza el diseño de una plataforma para voz sobre IP basado en FPGA, utilizando el microprocesador MicroBlaze embebido sobre un Virtex5, una de las familiasde FPGA de Xilinx. Se presentan sus módulos hardwares para albergar un sistema operativo con el Kernel 2.6 de Linux, probándose con la tarjeta de desarrollo ML507 de Xilins.
Se obtiene un cliente VoIP capaz de establecer comunicación y registro con el servidor VoIP y demás clientes de la red IP, llámese teléfonos IP, software VoIP. Se logra el funcionamiento del protocolo SIP, así como lapreparación del protocolo RTP para su utilización como transportador de paquetes de voz.
Palabras claves: FPGA, Sistema Embebido, MicroBlaze, Petalinux, VoIP.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad crece el requerimiento de dotar de inteligencia y automaticidad al diseño de equipos y sistemas electrónicos. El constante desarrollo de elementos y dispositivos electrónicos hacen posible la inclusión desoftware cada vez más flexibles que añaden calidad en el funcionamiento y servicio del sistema.
El continuo auge de servicios y aplicaciones de VoIP demanda de plataformas capaces del manejo de los protocolos VoIP. Muchos de estos equipos además ofrecen otras posibilidades, como múltiples interfaces de configuración (CLI1, interfaces Web, entre otros), sistemas automatizados de alarmas yregistros. Este valor agregado tributa a un mayor control, mantenimiento y administración del sistema.
La utilización de la tecnología FPGA permite responder tanto a necesidades de velocidad de procesamiento, a través del diseño mediante lenguajes de descripción de hardware (Hardware Description Lenguage, HDL), como requerimientos de análisis y cómputo utilizando microprocesadores empotrados.
Eldesarrollo de μcLinux, porción escogida y adecuada del kernel Linux, ha dado lugar al desarrollo de variantes de Linux con el objetivo de que sea soportado por varios tipos de microprocesadores. Petalinux es una versión adaptada de μcLinux compatible con las características de MicroBlaze, este último microprocesador definido en las herramientas de diseño para Xilinx.
LIMITACIONES
No se cuentacon la tarjeta Spartan 3, ya que su precio esta alrededor de los 1300$.
Los paquetes de simulaciones para desarrollar una aplicación en la FPGA no poseen licencias GPL
Se debe cumplir con los requerimientos mínimos para la instalación de petalinux en cuanto a las características del equipo.
2Gb RAM
Pentium 4 2GHz CPU clock o equivalente
5 GB free HDD space
Recomendado OS: Ubuntu10.04 (arquitectura 32-bit
ARQUITECTURA DEL MICROBLAZE
Microblaze es un microprocesador RISC de 32 bits desarrollado por Xilinx para sus FPGAs de las familias Spartan y Virtex. Sigue una arquitectura Harvard con buses de memoria de datos e instrucciones separados. Una de sus principales características es que es muy configurable, pudiendo incluir o excluir una serie de elementos delmicroprocesador según las necesidades de la aplicación objetivo permitiendo una gran variedad de configuraciones más o menos rápidas y que ocupan más o menos área en la FPGA. Las características más destacables de este SCP son:
32 registros de propósito general de 32 bits.
Instrucciones de 32 bits, con 3 operandos y 2 modos de direccionamiento.
Bus de direcciones de 32 bits.
Pipeline configurable de3 o 5 etapas.
FPU, barrel-shifter y multiplicador y/o divisor de enteros opcionales.
Módulo de depuración opcional.
Caché de instrucciones y caché de datos opcionales.
3 interfaces de bus disponibles para conectar distintos tipos de periféricos:
LMB (47)(Local Memory Bus): Bus síncrono de alta velocidad utilizado principalmente para conectar los bloques de memoria interna de la...
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