（測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器專(zhuān)業(yè)論文）dsp系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 隨著通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的 條件已經(jīng)非常成熟。并且為了提高產(chǎn)品性能，實(shí)現(xiàn)家用電器、工業(yè)控制裝置或儀器、安 全監(jiān)控系統(tǒng)、汽車(chē)電子等各種智能設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、維護(hù)和故障診斷功能，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng) 成為嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。 本文提出一種d s p 系統(tǒng)結(jié)合嵌入式以太網(wǎng)接入模塊的方案，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與 以d s p 為核心的嵌入式系統(tǒng)的互連。以太網(wǎng)接入系統(tǒng)模塊主要由8 位單片機(jī)和r t l 8 0 1 9 通用網(wǎng)絡(luò)接口控制器組成，d s p 系統(tǒng)只要和以太網(wǎng)接入系統(tǒng)模塊中的單片機(jī)通過(guò)串口通 信便可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入功能。 由于目前嵌入式系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)的主要困難在于t cp _ 】p 協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)資源 要求很高，嵌入式系統(tǒng)資源有限，因此在軟件實(shí)現(xiàn)t c p 】p 協(xié)議棧的過(guò)程中，需要對(duì)協(xié) 議棧進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟脺p和優(yōu)化。本文專(zhuān)門(mén)使用了一個(gè)章節(jié)對(duì)嵌入式t c p 講協(xié)議棧進(jìn)行了 深入細(xì)致的研究和分析。 在硬件設(shè)計(jì)方面本文完成了以太網(wǎng)接口和d s p 與單片機(jī)通過(guò)串口通信兩部分硬件 接口電路的設(shè)計(jì)，并詳盡描述了各部分的相互關(guān)系及工作原理。 軟件設(shè)計(jì)部分則分為d s p 與單片機(jī)的串口通信程序、以太網(wǎng)接口驅(qū)動(dòng)程序和t c p ，m 協(xié)議棧程序三部分，本文對(duì)每一部分都分章節(jié)的做了詳細(xì)的說(shuō)明，并給出了程序?qū)崿F(xiàn)的 流程圖。 最后，文章通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的分析，得出了本課題研究的“嵌入式網(wǎng)絡(luò)接入方 法可以實(shí)現(xiàn)d s p 系統(tǒng)與以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)”這一結(jié)論，從而使實(shí)現(xiàn)對(duì)d s p 系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程 控制、維護(hù)等功能成為可能。 關(guān)鍵詞：d 卵，以太網(wǎng)，t c p i p ，嵌入式系統(tǒng) d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) r e s e a r c ha i l dr e a l i z a t i o no f e t h e m e tt e c l l l l o l o 舒 i n t h e d s ps y s t e m a b s t l 僦 a l g 、v i md e 、，e l o p m e n t 鋤dp o p u l a r i z a t i o no fc o m m u i i i c 撕o nt c c l l i l o l o g y ，t v l r o r k l l o l o g y 鋤ds e l n i c o 列虹t o rt e c 虹m l o g y ，t h ec 撇o f a n b e m d e dt e c h i 妁i o g y 鋤b i l l i n g 、聃m 塒蚋v 講kt e c b n o l o g yh 嬲b 鯽ev e f ym 赧t oa l i z el o n g d i s t a c 們l ， m a i m 既i 鋤c ea i l d 咖b l ed i a g n o s i sk i s c do na p p l i a n c ew i r i n g ，i i l d u 蹦a lc 徹們le q u i p m 鋤to f t h ei n ! 加此s a f ；宦哆鰣p e 州i s 卸dc o 砷r o ls y s t c m ，c 盯e l c c t r c 面c se t c ，n 酣o r kh 嬲b e c 啪ea i m p o r t a i l _ t 仃do f t h e 慨i o p m e n to f a n l d e ds y s t c n l am e t h o d ，w h i c ha c l l i e v e dt h e “m n e c t i o no fd s ps y s t e i i lw i t l le m e m e ti i l t e r f h c c 柏d 如l c m i sg i v 明i l l t h i s 粥皿ee m e m 融枷耵蠡c e m o d m e i s m a d eu po f 8b i t m c ua n d n e r kc 捌出pr t l 8 0 1 9 a s d s ps y s 咖lc 0 脒橢、v i t he t h e n 吼b yo o 蛐i i n i c a 血g 晰t 王l m c ui nl l l ee t l l e m e ti i l t e r f k em o d u l e ht h eh 恥小a r ed e s i 掣l a t i o i l t h ec i r c 咄o fk 旺d w a 塢i nc o m m 咖匠c a l i o nb 曲娜nm c u a n dd s p 紐dt h ee t h 鋤c ti n t e m 嗆em o d u l ea r ca c m e 、，e di nt h i sp a p 叮 s y s t c l ns o r w a d e s i g 枷 i si m m d u c e di nm i s p a p e r ，w i l i c hi s 啪s i s “ o f a s y n c h 舢鵬s e r i a lc o m m u n i c a t i o nb e 腳e d s p 鋤dm c up r o 嘞吐圮蹦v 盯o f t 、】v o r k r d 如dt c p mp r o t o c o lp r o 蓼a mm o d m e f i i l a l l y ，b yt e s t i r 唱t l l es y s t c m 姐d 也e 讎a l y s i s0 fd a t a t i l em e l l l o da c l l i e v e di 1 1t t l i sp a p e r 啪m a k cd s p 鋤b e d d e ds y s l e mc 伽m e c t 嘶me 也啪武s o1 0 n g 面s t 卸c ec o m r 0 1 鼬d m a i t a n eb a do nd s p 鋤b e d d e ds y s t e ma l s dc 呲加塢 k e yw o r d s ：d s p ，e 伍e m 鴨t c m p e m b e d d e ds y s t e m i i 獨(dú)創(chuàng)性說(shuō)明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方 外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的研究成果，也不包含為獲得 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)所使用過(guò)的材料。與我一同 工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表 示了謝意。 簽名：她硼日期：幽壘坐 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即： 學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨?布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論 文。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵循此規(guī)定) 簽名：虹瞞 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒論 1 1 課題來(lái)源 本課題為自選課題，課題題目名稱為“d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)”。 1 2 課題研究目的 i m e m c t 是人類(lèi)歷史發(fā)展中的一個(gè)偉大的里程碑，它的起源和發(fā)展引發(fā)了一場(chǎng)革命， 改變了世界。m t e r n 武充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的效能，幫助人們跨越時(shí)間和空間的障礙。網(wǎng) 絡(luò)用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)共享信息、協(xié)調(diào)工作，而不受地理范圍的限制，也可以避免由 于時(shí)區(qū)的限制。寬帶網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，使得語(yǔ)音圖像的傳輸成為可能，由此產(chǎn)生了視頻會(huì)議 和m 電話，使分布在世界各地的公司職員可以同時(shí)參加公司的會(huì)議【1 】【2 l 【3 】。 i i l ：嗡n e t 的出現(xiàn)為人們提供了一個(gè)劃時(shí)代的信息媒體。人們可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)信息 庫(kù)、圖書(shū)館，便捷地查詢各類(lèi)信息資源，廣泛地閱讀各種書(shū)籍；可以通過(guò)m t e l n c t 收發(fā) 電子郵件、打電話：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供各種商業(yè)信息，進(jìn)行網(wǎng)上營(yíng)銷(xiāo)：政府部門(mén)可以通過(guò)網(wǎng) 絡(luò)平臺(tái)公開(kāi)施政，提高政府工作的透明度和效率；越來(lái)越多的人已經(jīng)享受到了在家辦公 的自由和樂(lè)趣1 4 】【5 】1 6 】。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)廣泛地深入到社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng) 域。如果能夠?qū)⑦@些系統(tǒng)接入蛐肌l e t ，人們就可以遠(yuǎn)程控制它們工作，及時(shí)了解設(shè)備 的工作狀態(tài)，提高設(shè)備的信息化程度，推動(dòng)信息社會(huì)的發(fā)展。為了解決上述問(wèn)題，嵌入 式i n 鋤e t 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生【7 】【8 】【9 l 。 綜上所述，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與h e m e t 的互聯(lián)已經(jīng)成為當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn) 領(lǐng)域和重要方向，因此本課題以實(shí)現(xiàn)以d s p 為核心的嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)為研究 目的，并最終通過(guò)對(duì)系統(tǒng)軟、硬件的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了d s p 系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和 信息共享。 1 3 課題研究意義 在信息時(shí)代的今天，h i t e r n e t 技術(shù)將不會(huì)僅僅局限于人與人( 或團(tuán)體) 之間信息的 交流。例如e m a i l 、w e b 瀏覽和電子商務(wù)e b u s i m 齬等，c t 技術(shù)都將會(huì)深入 到人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯碾娮釉O(shè)備中。并且隨著n ( 信息電器) 的出現(xiàn)，嵌入式網(wǎng)絡(luò) d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) 技術(shù)正逐步取代傳統(tǒng)的以p c 為中心的應(yīng)用，成為未來(lái)i n t e m e t 發(fā)展中的主力軍，并廣 泛應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)、工業(yè)智能化從站系統(tǒng)、l e d 網(wǎng)絡(luò)控制顯示屏系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全加 密系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域的各個(gè)方面。各國(guó)信息界同仁都在密切關(guān)注并積極研究電子設(shè)備與 i n b 啦l e t 的連接問(wèn)題【l o 】i l 。 d s p 芯片是專(zhuān)門(mén)為實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法而設(shè)計(jì)的、具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理 器，其卓越的性能、不斷上升的性價(jià)比、日漸完善的開(kāi)發(fā)方式使其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。將 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入以d s p 為核心的嵌入式系統(tǒng)，使其成為數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化相結(jié)合， 集通信、計(jì)算機(jī)和視聽(tīng)功能于一體的電子產(chǎn)品，必將大大提升d s p 系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值和 市場(chǎng)前景。本文的研究工作解決了以d s p 為核心的嵌入式系統(tǒng)與m 魄刪的連接問(wèn)題， 從而為d s p 設(shè)備的應(yīng)用開(kāi)辟了更為廣闊的前景【1 2 】【1 3 l f 。 1 4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前國(guó)外許多大公司如c y g n a l ，m 觚i m ，m i c r o c h i p 等成立了嵌入式h l 鈀m c t 聯(lián)盟， 來(lái)專(zhuān)門(mén)討論和制定嵌入式h 1 _ t e r n 既領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)發(fā)相關(guān)的技術(shù)【”l 。這些公司都推出了 內(nèi)部固化了t c p i p 協(xié)議棧的嵌入式微處理器，這些產(chǎn)品使開(kāi)發(fā)人員省去了編寫(xiě)并且移 植龐大繁瑣的t c p i p 協(xié)議棧軟件的工作，從而大大提高了開(kāi)發(fā)的效率。同時(shí)國(guó)內(nèi)也有 像周立功電子、武漢力源科技等很多有實(shí)力的公司在嵌入式網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究方面取 得了相當(dāng)?shù)某删?，它們所推出的產(chǎn)品通常是將m c u 與網(wǎng)卡芯片的集成模塊，其產(chǎn)品內(nèi) 部的結(jié)構(gòu)組成以及原理與本文所開(kāi)發(fā)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)模塊類(lèi)似。開(kāi)發(fā)人員可以通 過(guò)使用這些產(chǎn)品省去網(wǎng)絡(luò)部分的設(shè)計(jì)，從而將主要精力放到應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上去。 1 5 目前存在問(wèn)題 嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)i n t 鋤e t 接入的前提條件是系統(tǒng)的軟件中要有t c m p 協(xié)議支持。由 于以d s p 為核心的嵌入式系統(tǒng)的硬件資源有限以及成本的敏感性，實(shí)現(xiàn)如臺(tái)式機(jī)中那 樣完整的t c p 口協(xié)議是比較困難的【l “。因此根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合與特點(diǎn)，對(duì) t c p ，坤協(xié)議棧進(jìn)行合理地精簡(jiǎn)以及選擇合理的網(wǎng)絡(luò)接入方案將成為研究網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與嵌 入式系統(tǒng)結(jié)合的一個(gè)重要研究方向。 2 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 6 本課題研究?jī)?nèi)容 本論文的研究基于d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入功能應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，因此開(kāi)發(fā)工作的主要內(nèi)容 包括： ( 1 ) 研究t c p i p 協(xié)議并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行合理選擇。課題分析了t c p i p 協(xié)議族中各種協(xié)議的基本功能，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)容量小、功能單一的特點(diǎn)對(duì)協(xié)議族 進(jìn)行了選擇和簡(jiǎn)化，使t c p i p 協(xié)議能夠在嵌入式系統(tǒng)中方便實(shí)現(xiàn)而同時(shí)能實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng) 接入的基本功能。 ( 2 ) 系統(tǒng)硬件的開(kāi)發(fā)。使用s t c 公司的高性能5 1 系列單片機(jī)s t c 8 9 c 5 1 6 r d + 與 r e a l t e k 公司的網(wǎng)絡(luò)控制器芯片直接接口組成嵌入式以太網(wǎng)接口系統(tǒng)。設(shè)計(jì)基于 t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6d s p 芯片的d s p 最小系統(tǒng)，并將d s p 芯片的多通道緩沖串口m c b s p 與通用 異步串行收發(fā)器芯片姒x 3 1 1 1 e 接口實(shí)現(xiàn)d s p 系統(tǒng)的異步串行通信，最終將d s p 系統(tǒng)與 以太網(wǎng)接口系統(tǒng)通過(guò)串口連接，實(shí)現(xiàn)d s p 系統(tǒng)接入以太網(wǎng)的功能。 ( 3 ) 驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序主要有以太網(wǎng)接口系統(tǒng)中單片機(jī)與網(wǎng)絡(luò)控制器 芯片的接口驅(qū)動(dòng)程序、t m s v c 5 4 1 6d s p 微處理器與m a ) 【3 l l l e 芯片的接口驅(qū)動(dòng)程序。 ( 4 ) 協(xié)議軟件開(kāi)發(fā)。編寫(xiě)符合嵌入式以太網(wǎng)接口系統(tǒng)資源特點(diǎn)的高度精簡(jiǎn)的t c p 協(xié)議棧軟件程序，及d s p 系統(tǒng)與以太網(wǎng)接口系統(tǒng)的串口通信協(xié)議程序。 2 嵌入式t c p i p 協(xié)議研究 2 1 協(xié)議概述 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常分不同層次進(jìn)行開(kāi)發(fā)，每層分別負(fù)責(zé)不同的通信功能。t c p ，口協(xié)議 是一組不同層次上的多個(gè)協(xié)議的組合。通常t c p 佃被認(rèn)為是一個(gè)四層協(xié)議系統(tǒng)【m 。如 圖2 1 所示： 3 一 d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) 應(yīng)用層 傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層 鏈路層 t e u h i e t 、f 1 甲 t c p 、u d p m 、i c m p 、i g h 伊 設(shè)備程序及接口卡 圖2 1t c p i p 協(xié)議分層 f i g 2 1t c p i pp r o t o c 0 11 a y e r 盡管通常稱該協(xié)議族為t c p ，m ，但t c p 和i p 只是其中的兩種協(xié)議而己。在這個(gè)四 層次中，每一層負(fù)責(zé)不同的功能。 ( 1 ) 鏈路層，有時(shí)也叫數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)接口層，一般包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū) 動(dòng)程序和計(jì)算機(jī)中對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡1 8 1 。它們一起處理與雙絞線( 或其他任何傳輸媒介) 的物理接口細(xì)節(jié)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)使用的硬件不同，t c p i p 支持多種不同的鏈路層協(xié)議，如以 太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、f d d i ( 光纖分布式數(shù)據(jù)接口) 及r s 一2 3 2 串行線路等。本課題只討論 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)鏈路層協(xié)議。以太網(wǎng)采用一種稱作c s m a c d 的媒體接入方法，其意思是帶沖 突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)。其規(guī)則是： 1 ) 若媒體空閑，則傳輸：否則轉(zhuǎn)第二步。 2 ) 若媒體忙，一直監(jiān)聽(tīng)直到信道空閑，然后立即傳輸。 3 ) 若在傳輸監(jiān)聽(tīng)到?jīng)_突，則發(fā)出一個(gè)短小的人為干擾信號(hào)，讓所有的站點(diǎn)都知道 發(fā)生了沖突并停止傳輸。 4 ) 發(fā)完人為干擾信號(hào)等待一段隨機(jī)的時(shí)間，再次試圖傳輸( 從第一步開(kāi)始重復(fù)) 。 在t c p 伊協(xié)議族中，鏈路層的協(xié)議主要有a r p 和r a r p 。i 沖就是地址解析協(xié)議， 實(shí)現(xiàn)i p 地址到m a c 地址的轉(zhuǎn)換。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路有自己的尋址機(jī)制( 4 8 吼地址) 。 網(wǎng)絡(luò)接口有一個(gè)硬件地址，在硬件層次上進(jìn)行的數(shù)據(jù)幀交換必須有正確的接口地址。當(dāng) 系統(tǒng)把以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送到位于同一局域網(wǎng)上的另一臺(tái)主機(jī)時(shí)，是根據(jù)4 8b i t 的以太網(wǎng) 地址來(lái)確定目的接口的。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不檢查i p 數(shù)據(jù)報(bào)中的目的i p 地址。t c p ，m 也有 自己的地址3 2b i t 的i p 地址。如果目的主機(jī)在本地網(wǎng)絡(luò)上( 如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)或 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接的另一端) ，那么m 數(shù)據(jù)報(bào)可以直接送到目的主機(jī)上。如果目的主機(jī)在一 個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上，那么就通過(guò)口選路函數(shù)來(lái)確定位于本地網(wǎng)絡(luò)上的下一站路由器地址， 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 并讓它轉(zhuǎn)發(fā)口數(shù)據(jù)報(bào)。發(fā)送端主機(jī)必須把3 2 b i t 的口地址變換成4 8 b “的以太網(wǎng)地址， 從邏輯砷黜t 地址到對(duì)應(yīng)的物理硬件地址需要進(jìn)行翻譯。a i 瀋協(xié)議就是為m 地址到對(duì) 應(yīng)的硬件地址之間提供動(dòng)態(tài)映射。 心協(xié)議包括吣請(qǐng)求和a i 心響應(yīng)兩部分。主機(jī)需要發(fā)送口數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，首先 查找是否有對(duì)應(yīng)該m 地址的硬件以太網(wǎng)地址，如果沒(méi)有則發(fā)送a r p 請(qǐng)求。a r p 請(qǐng)求作 為以太網(wǎng)廣播數(shù)據(jù)包發(fā)送到同一局域網(wǎng)上的所有主機(jī)。a r p 請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀中包含目的主機(jī) 的坤地址，其意思是“如果你是這個(gè)i p 地址的擁有者，請(qǐng)回答你的硬件地址”【1 9 1 。 目的主機(jī)收到這個(gè)廣播報(bào)文后識(shí)別出這是發(fā)送端詢問(wèn)它的i p 地址，于是發(fā)送一個(gè) 娜瀋應(yīng)答。這個(gè)越灌應(yīng)答包含ip 地址及對(duì)應(yīng)的硬件地址。主機(jī)通過(guò)煅請(qǐng)求和a r p 應(yīng)答建立起地址的映射。 r m 口( 逆地址解析協(xié)議) 用于解決如何從m a c 地址得到m 地址。具有本地磁盤(pán) 的系統(tǒng)引導(dǎo)時(shí)，一般是從配置文件中讀取p 地址，但無(wú)盤(pán)工作站則需要用r a r p 來(lái)獲 得口地址。網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)系統(tǒng)都具有唯一的硬件地址，它是由網(wǎng)絡(luò)接口生產(chǎn)廠家配置 的。無(wú)盤(pán)系統(tǒng)的r a i 啦實(shí)現(xiàn)過(guò)程是從接口卡讀取唯一的硬件地址，然后發(fā)送一份r a r p 請(qǐng)求( 一幀在網(wǎng)絡(luò)上廣播的數(shù)據(jù)) ，請(qǐng)求某個(gè)主機(jī)響應(yīng)無(wú)盤(pán)系統(tǒng)的i p 地址( 在r a r p 應(yīng) 答中) 。 ( 2 ) 網(wǎng)絡(luò)層，有時(shí)也稱為互聯(lián)網(wǎng)層，處理數(shù)據(jù)分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)層提供 的是種不可靠的服務(wù)，它只是盡可能快地把分組從源節(jié)點(diǎn)送到目的節(jié)點(diǎn)，但是并不提 供可靠性保證。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括m ( 網(wǎng)際協(xié)議) ，i c m p ( 1 1 1 t c r n e t 互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié) 議) ，以及i g m p ( h t e r n e t 組管理協(xié)議) 【如1 。 i p 是t c 口協(xié)議族中最為核心的協(xié)議，所有網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分組都 以口數(shù)據(jù)報(bào)格式傳輸?？谔峁┎豢煽?、無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳送。不可靠的就是它不保證 m 數(shù)據(jù)報(bào)能成功地到達(dá)目的地。僅提供最好地傳輸服務(wù)。如果發(fā)生某種錯(cuò)誤，口丟 棄該數(shù)據(jù)報(bào)，然后發(fā)送i c m p 消息到信源?？煽啃杂缮蠈觼?lái)提供。無(wú)連接就是i p 并 不維護(hù)任何關(guān)于后續(xù)數(shù)據(jù)報(bào)的狀態(tài)信息，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的處理是相互獨(dú)立的，也就是p 數(shù)據(jù)報(bào)可以不按發(fā)送順序接收【2 n 。 d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) i c m p 是m 的附屬協(xié)議。m 層用i c m p 來(lái)與其它主機(jī)或路由器交換錯(cuò)誤報(bào)文和 其他重要信息。i c m p 報(bào)文是在口數(shù)據(jù)報(bào)內(nèi)部被傳輸?shù)?，根?jù)類(lèi)型字段和代碼字段不 同，i c m p 報(bào)文分為多種類(lèi)型。 多播路由器需要知道多播數(shù)據(jù)應(yīng)該向那些接口轉(zhuǎn)發(fā)。i g ，協(xié)議是i n t e 忸e t 組管理 協(xié)議，它讓一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上的所有系統(tǒng)知道主機(jī)當(dāng)前所在的多播組，向多播路由器提供 必要的信息。_ g m p 也被當(dāng)作口報(bào)文的一部分，i g m p 報(bào)文通過(guò)m 數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行傳輸。 與其他協(xié)議報(bào)文不同，i g m p 有固定的報(bào)文長(zhǎng)度。i ( m p 有兩種類(lèi)型，類(lèi)型l 說(shuō)明是 由多播路由器發(fā)出的查詢報(bào)文，類(lèi)型2 說(shuō)明是主機(jī)發(fā)出的報(bào)告報(bào)文。 ( 3 ) 傳輸層主要為兩臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。在t c p 口協(xié)議族中， 有兩個(gè)互不相同的傳輸協(xié)議：t c p ( 傳輸控制協(xié)議) 和u d p ( 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議) 舊。 t c p 協(xié)議為用戶提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信。t c p 提供一種面向連接的、可靠的字 節(jié)流服務(wù)。面向連接就是指兩個(gè)使用t c p 的應(yīng)用在彼此交換數(shù)據(jù)之前必須先建立一個(gè) t c p 連接。t c p 通過(guò)接收確認(rèn)、超時(shí)重發(fā)、檢驗(yàn)和、流量控制等手段提供可靠性剛。 字節(jié)流服務(wù)是指兩個(gè)應(yīng)用程序通過(guò)t c p 連接交換8b i t 字節(jié)構(gòu)成的字節(jié)流，t c p 不在 字節(jié)流中插入記錄標(biāo)識(shí)符。 u i ) p 是一個(gè)簡(jiǎn)單的面向數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸協(xié)議。它把應(yīng)用層傳送給口層的數(shù)據(jù)發(fā)送 出去，但是并不保證它們能夠到達(dá)目的地。可靠性由應(yīng)用層提供陰。 4 、應(yīng)用層負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序。在常用的t c p m 實(shí)現(xiàn)中主要有t c l n e t 、n 限、 s m t p 、和階i m p 等。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，應(yīng)用層采用的協(xié)議也不同。 2 2 協(xié)議的選擇 基于嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)t c p 佃協(xié)議，必然要受到嵌入式系統(tǒng)的約束和限制。嵌入式 系統(tǒng)是為完成某種特定的功能而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用系統(tǒng)。嵌入式以太網(wǎng)接入系統(tǒng)也是完成特定 的功能，沒(méi)必要也不可能實(shí)現(xiàn)所有的t c p ，口協(xié)議，而必須結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì) t c p ，p 協(xié)議進(jìn)行選擇。 6 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 2 1 鏈路層協(xié)議 鏈路層主要有三個(gè)目的：( 1 ) 為m 模塊發(fā)送和接收m 數(shù)據(jù)報(bào)；( 2 ) 為a i 沖模塊 發(fā)送妯 請(qǐng)求和接收a r p 應(yīng)答；( 3 ) 為r a r p 模塊發(fā)送r a i 沖請(qǐng)求和接收r a r p 應(yīng) 答。以太網(wǎng)鏈路層依靠c s m a ，c d 協(xié)議、a i 沖和r a i 心實(shí)現(xiàn)這幾個(gè)目的。 c s m a c d ( 載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)沖突檢測(cè)) 協(xié)議是在同一個(gè)局域網(wǎng)上的多臺(tái)計(jì)算 機(jī)共享同一物理傳輸介質(zhì)的基礎(chǔ)。嵌入式系統(tǒng)要接入以太網(wǎng)絡(luò)同其它計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信就 必須實(shí)現(xiàn)該協(xié)議瞄】。 以太網(wǎng)上數(shù)據(jù)的傳輸是采用網(wǎng)絡(luò)的m a c 地址來(lái)進(jìn)行識(shí)別的，這就要求系統(tǒng)有實(shí)現(xiàn) i p 地址到m a c 地址的轉(zhuǎn)換的功能，即舢心( 地址解析協(xié)議) 。系統(tǒng)要同其它計(jì)算機(jī)通 信，需要根據(jù)i p 地址獲得m a c 地址，就必須要支持a 1 婢協(xié)議。 r a r p ( 逆地址解析協(xié)議) 用于解決如何從m a c 地址得到口地址，主要用于無(wú)盤(pán) 工作站中。在嵌入式以太網(wǎng)接入系統(tǒng)中。系統(tǒng)執(zhí)行特定的任務(wù)，可以把口地址存儲(chǔ)于 本地存儲(chǔ)器中，不必從其它服務(wù)器得到i p 地址，這樣就不需要實(shí)現(xiàn)r 燦講協(xié)議跚。 2 2 2 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)。在t c 口協(xié)議族中，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包 括m ，i c m p ，以及i g m p 等。 i p 協(xié)議是t c p p 族的核心協(xié)議，它用來(lái)完成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的通信。所有的t c p 、 u d p 、i c m p 數(shù)據(jù)都以口數(shù)據(jù)報(bào)格式傳輸。因此系統(tǒng)數(shù)據(jù)跨越不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸就 必須要實(shí)現(xiàn)m 協(xié)議叨。 i c m p 協(xié)議主要用來(lái)傳遞差錯(cuò)報(bào)文以及其他需要注意的信息。i c m p 中規(guī)定了多種 協(xié)議類(lèi)型和代碼，如果完全的實(shí)現(xiàn)也要耗費(fèi)不少的系統(tǒng)資源。嵌入式接入系統(tǒng)中，在 i c m p 協(xié)議中能夠測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的連通情況即可，因此只需支持i c m p 中p i n g 協(xié)議和端口 不可達(dá)協(xié)議。 網(wǎng)絡(luò)層另外一個(gè)重要的協(xié)議是i g m p 協(xié)議，它主要用于支持主機(jī)和路由器進(jìn)行組 播。嵌入式以太網(wǎng)接入系統(tǒng)作為一種專(zhuān)用系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，為了降低處理協(xié)議的復(fù) 雜程度，在需要向多個(gè)目標(biāo)發(fā)送信息時(shí)可以直接采用廣播方式，不必要采用組播的方式 進(jìn)行通信。因此在設(shè)計(jì)中不考慮實(shí)現(xiàn)i g m p 協(xié)議。 一7 d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) 2 2 3 傳輸層協(xié)議 傳輸層主要在兩臺(tái)主機(jī)之間提供端到端的通信。傳輸層有兩種不相同的傳輸協(xié)議： t c p ( 傳輸控制協(xié)議) 和u d p ( 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議) 圓。 t c p 是面向連接的，在不可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上提供端到端的可靠字節(jié)流。t c p 協(xié)議 設(shè)計(jì)了嚴(yán)格的3 次建立連接握手過(guò)程、4 次關(guān)閉連接握手過(guò)程以及捎帶確認(rèn)信息數(shù)據(jù) 傳輸過(guò)程。因?yàn)橥ㄟ^(guò)t c p 協(xié)議進(jìn)行通信時(shí)，存在一個(gè)建立連接的過(guò)程，所以必然存在 一定的延時(shí)。在實(shí)時(shí)性要求不太高的設(shè)備中采用t c p 協(xié)議，保證傳輸?shù)馁|(zhì)量唧。 u d p 協(xié)議是用來(lái)提供不面向連接的，它只是簡(jiǎn)單地把數(shù)據(jù)報(bào)從一臺(tái)主機(jī)發(fā)送到另 一臺(tái)主機(jī)，但并不保證該數(shù)據(jù)報(bào)能到達(dá)另一端，可靠性必須由應(yīng)用層來(lái)提供。在實(shí)時(shí)性要 求高的設(shè)備中采用u d p 協(xié)議，u d p 固有的傳輸可靠性低的缺陷可以通過(guò)應(yīng)用層的協(xié) 議進(jìn)行彌補(bǔ)。 2 2 4 應(yīng)用層協(xié)議 應(yīng)用層協(xié)議主要是指用戶進(jìn)程，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)采用不同的協(xié)議。因此本課題不考 慮應(yīng)用層協(xié)議。 2 3 系統(tǒng)嵌入式t c p l p 協(xié)議棧 根據(jù)前面的協(xié)議的選擇，嵌入式t c p ，i p 主要包括實(shí)現(xiàn)i p 地址到物理地址動(dòng)態(tài)映 射的a r p 協(xié)議，其中包括a i 沖請(qǐng)求和a r p 應(yīng)答；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)際傳輸?shù)膇 p 協(xié)議；檢測(cè) 主機(jī)是否可達(dá)的p i n g 應(yīng)答和端口不可達(dá)的i c m p 協(xié)議：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速簡(jiǎn)單傳輸?shù)?u d p 協(xié)議；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)膖 c p 協(xié)議。其中u d p 和t c p 兩種不同傳輸層協(xié)議 應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，在不同的應(yīng)用中可以只加載一種協(xié)議模塊，也可以同時(shí)支持這兩種 協(xié)議。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì) 3 1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入方案的選擇 目前d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入通常有兩種方法閣。 ( 1 ) d s p 芯片直接與網(wǎng)絡(luò)接口芯片進(jìn)行接口，t c p i p 協(xié)議也贏接在d s p 中實(shí)現(xiàn)。這 種方案可直接使系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)相連，有很大的靈活性。缺點(diǎn)是占用的系統(tǒng)資源較多，對(duì)d s p 系統(tǒng)資源要求高，并且在d s p 上實(shí)現(xiàn)t c p i p 協(xié)議棧的編程相對(duì)復(fù)雜，工作量較大，開(kāi) 發(fā)周期長(zhǎng)。 ( 2 ) 使用嵌入式網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。d s p 系統(tǒng)首先和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，通信方式采用傳統(tǒng)的 r s 一2 3 2 、r s 一4 8 5 等，由嵌入式網(wǎng)關(guān)來(lái)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)t c p i p 協(xié)議，實(shí)現(xiàn)d s p 系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的 信息交互。缺點(diǎn)是嵌入式網(wǎng)關(guān)與o s p 系統(tǒng)之問(wèn)的通信受到距離和速度的限制。 本課題選擇的d s p 系統(tǒng)結(jié)合嵌入式網(wǎng)絡(luò)接入模塊的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案就類(lèi)似于上述的 第二種方法，其中嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口模塊( 嵌入式網(wǎng)關(guān)) 由高性能單片機(jī)和通用網(wǎng)絡(luò)接口 芯片組成。d s p 系統(tǒng)模塊則通過(guò)串口與單片機(jī)進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入。所 以本系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)主要分為d s p 系統(tǒng)模塊、異步串口通信模塊和嵌入式以太網(wǎng) 接口系統(tǒng)模塊三部分。 3 2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的d s p 系統(tǒng)模塊中的d s p 最小系統(tǒng)以1 1 公司的1 m s 3 2 0 v c 5 4 xd s p 為核心 處理器，d s p 系統(tǒng)模塊與以太網(wǎng)接口模塊的通信功能由d s p 芯片的多通道同步緩沖串 口m c b s p 與通用異步串口收發(fā)器接口實(shí)現(xiàn)。而嵌入式以太網(wǎng)接口系統(tǒng)模塊則使用高性 能的5 l 系列單片機(jī)作為核心處理器與網(wǎng)絡(luò)控制器芯片進(jìn)行接口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)通信的 控制。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3 1 所示： 一9 一 d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) 異 甲乒 步 出 口 電ii m c u l隔離濾 _ 卜 波器 收 1h ：r 發(fā) 卜 器 網(wǎng)絡(luò)控制器 圖3 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 f i g 3 1s y s t 鯽t o t 8 ls t r u c t u r e 3 。3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理分析 從圖3 1 的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖中可以看出，d s p 系統(tǒng)模塊與以太網(wǎng)接口系統(tǒng)模塊是兩 個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)模塊，以太網(wǎng)接口系統(tǒng)模塊的工作狀態(tài)受到d s p 系統(tǒng)模塊所發(fā)送的 指令參數(shù)的控制和管理，d s p 系統(tǒng)模塊可以動(dòng)態(tài)配置以太網(wǎng)接口系統(tǒng)模塊的i p 地址、 m a c 地址、s e r v e f 倫l i e n t 工作模式等網(wǎng)絡(luò)接入狀態(tài)參數(shù)，從而d s p 系統(tǒng)模塊在整個(gè)系 統(tǒng)中起著主導(dǎo)作用。 以太網(wǎng)接口系統(tǒng)模塊則是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入的核心功能模塊，由于嵌入式 t c i p 協(xié)議棧在該系統(tǒng)模塊的核心處理器單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)，因此網(wǎng)絡(luò)通信的組織和管理工 作也都由該模塊承擔(dān)。異步串口通信模塊則在前面所述的兩個(gè)模塊之間起著溝通的橋梁 作用，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模塊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 4d s p 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) d s p 系統(tǒng)模塊主要由以1 m s 3 2 0 v c 5 4 1 6d s p 芯片為核心的d s p 最小系統(tǒng)組成。 系統(tǒng)上電以后本模塊需要完成以下工作： ( 1 ) 將系統(tǒng)程序從快速閃存f l a s h 中導(dǎo)入系統(tǒng)快速r a m 中 這主要利用1 r i 公司的d s p 芯片本身固化的b o o t l o a d e r 程序?qū)崿F(xiàn)的，根據(jù)該程序引 導(dǎo)方式的具體要求實(shí)現(xiàn)將調(diào)試通過(guò)的所有系統(tǒng)軟件燒寫(xiě)到快速閃存中。 ( 2 ) 對(duì)d s p 本身進(jìn)行必要的初始化 這主要包括上電后d s p 的運(yùn)行速度、訪問(wèn)外部擴(kuò)展器件時(shí)的等待周期、系統(tǒng)正常 運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)設(shè)定，特別是系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的合理分配等。 ( 3 ) 對(duì)異步串口收發(fā)器進(jìn)行初始化 異步串口收發(fā)器m a ) ( 3 1 1 e 在本系統(tǒng)模塊與以太網(wǎng)接口系統(tǒng)模塊之間建立起可靠的 通信，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，利用d s p 本身的資源即可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的初始化以及數(shù)據(jù)的收 發(fā)工作。 ( 4 ) 向以太網(wǎng)接入系統(tǒng)模塊發(fā)送配置命令。 4 1d s p 芯片概述 數(shù)字信號(hào)處理由于其精度高、靈活性大、可靠性好、易于大規(guī)模集成，可采用多種 性能優(yōu)良的數(shù)字信號(hào)處理方法和算法等優(yōu)點(diǎn)，正得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處 理器( d i g i t a ls i 曲1 a l s o r ，縮寫(xiě)為d s p ) 正是適應(yīng)這種需要出現(xiàn)的，并處于蓬勃發(fā) 展之中，這反過(guò)來(lái)又為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的迅猛發(fā)展提供了動(dòng)力【3 。d s p 不僅具有高速 運(yùn)算和控制能力，而且根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)，在處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、指令 流程上都做了很大的改動(dòng)，具體有以下幾個(gè)方面： ( 1 ) 普遍采用數(shù)據(jù)總線和程序總線相分離的哈佛結(jié)構(gòu)或改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，比馮諾依 曼結(jié)構(gòu)有更高的指令執(zhí)行速度。 ( 2 ) 大多采用流水線技術(shù)，減少每條指令的執(zhí)行時(shí)間。 ( 3 ) 片內(nèi)有多條總線，并且提供方便的尋址方式，大大提高了指令的執(zhí)行效率。 ( 4 ) 提供高速的尋找方式，如循環(huán)尋找、位反尋找等。 d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) ( 5 ) 針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理中大量用到的乘累加操作的特點(diǎn)，配有獨(dú)立的硬件乘法器和 加法器，可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成乘累加運(yùn)算。 ( 6 ) 片內(nèi)集成d m a 控制器和串行通信口等，提高了數(shù)據(jù)的搬移能力。 ( 7 ) 具有軟、硬件等待功能，可方便的與各種存儲(chǔ)器接口。 ( 8 ) 單片系統(tǒng)，功耗低，易于小型化和便攜式設(shè)計(jì)。 1 m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 ( 簡(jiǎn)稱v c 5 4 1 6 ) 是t i 公司的c 5 4 xd s p 家族的成員之一，它是基于 先進(jìn)的改進(jìn)哈佛結(jié)構(gòu)的1 6 位定點(diǎn)d s p ，擁有一條程序總線和三條數(shù)據(jù)總線。片內(nèi)集成 有一個(gè)具有高速并行性的算術(shù)邏輯單元( a l u ) 、專(zhuān)用硬件邏輯、片內(nèi)存儲(chǔ)器和片內(nèi)外 設(shè)等幾部分【3 2 】。以下主要介紹v c 5 4 1 6 的一些主要特點(diǎn)： 先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)：三條1 6 位數(shù)據(jù)總線和一條程序總線。 4 0 位桶形移位器和4 0 位累加器。 可尋址8 m 1 6 b i t 的程序空間。 1 6 k + 1 6 b i t 片內(nèi)r o m 和1 2 8 k 1 6 b i t 的片內(nèi)r a m 。 片內(nèi)外設(shè)包括： 1 ) 軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器； 2 ) 軟件可編程鎖相環(huán)( p l l ) ； 3 ) 三個(gè)多通道緩沖串行口( m c b s p ) ： 4 ) 增強(qiáng)型8 1 6 位主機(jī)接口( h p l 8 1 6 ) ： 5 ) 一個(gè)1 6 位定時(shí)器 6 ) 六通道d m a 控制器 軟件設(shè)置進(jìn)入省電模式。 指令周期6 2 5 8 3 3 n 1 6 0 1 2 0 m m s ) 。 內(nèi)核電壓1 6 v ，i o 電壓3 3 v 。 本系統(tǒng)采用的1 m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 單指令周期達(dá)6 2 5 i l s ( 1 6 0 m 口s ) ，軟件可編程鎖相環(huán) 在c p u 不工作時(shí)，降低時(shí)鐘頻率，從而可降低功耗，而正常工作時(shí)，又可很快提升時(shí) 鐘頻率：軟件可以利用空閑指令( i d l e l 、d l e 2 和i d l e 3 ) 將v c 5 4 1 6 置于省電模式： 片內(nèi)的軟等待狀態(tài)發(fā)生器和d m a 通道等外設(shè)，通過(guò)軟件設(shè)置等待周期的個(gè)數(shù)，不僅降 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 低了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，而且為系統(tǒng)帶來(lái)了很大的靈活性，為硬件調(diào)換和軟件編程 帶來(lái)了極大的便利。因此本部分中考慮到系統(tǒng)功能的可擴(kuò)展性，所使用的核心處理器是 由1 1 公司生產(chǎn)的1 m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 。 4 2 模塊硬件電路設(shè)計(jì) 模塊硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括：d s p 最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)和d s p 存儲(chǔ)空聞的設(shè)計(jì)。 電路框圖如圖4 1 所示： lm 卸b 一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 卜橢路p d s p ：一m a x3 1 1 1 e 盯m s 3 2 0 v c 5 4 l 們 d f l a s h 一 i 眥黼環(huán)p 卜讎路p 一：l 電源模塊 一 i 圖4 1d s p 系統(tǒng)模塊電路設(shè)計(jì)框圖 f i g 重1d s pm 0 d u l ec i r c u i t 4 ，2 1d s p 最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) d s p 最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)主要包括電源管理模塊、掃描仿真口( j t a g ) 、復(fù)位電 路、時(shí)鐘電路和p l l 鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)。 ( 1 ) 電源轉(zhuǎn)換電路 為了降低芯片功耗，1 1 公司的芯片采用的是雙供電模式，即內(nèi)核電壓和功d 的電壓 分開(kāi)的方式。本系統(tǒng)中v c 5 4 1 6 的i ，o 口的工作電壓為3 3 v ，內(nèi)核工作電壓為1 6 v 。由 于目前沒(méi)有輸出固定電壓為3 3 v 和1 6 v 的電源芯片，因此電源管理模塊采用的是1 1 輸出電壓可調(diào)的t p s 7 6 7 d 3 0 1 ，通過(guò)計(jì)算輸出電阻的大小使其輸出3 3 v 和1 6 v 兩種電 壓。電源模塊需要注意的是濾波電容的選擇，因?yàn)殡妷嘿|(zhì)量的好壞直接影響后面系統(tǒng)的 d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)定性。濾波電容盡可能的選擇濾波質(zhì)量好，并且穩(wěn)定性好的電容。綜合上述，本系統(tǒng) 中選用的是穩(wěn)定性較好的膽電容。本部分電源電路如圖4 2 所示。 圖4 2 電源轉(zhuǎn)換電路 f i g 4 2p 傭e rs u p p l yc i r c u i t ( 2 ) 掃描仿真口( j t a g ) 仿真器即擴(kuò)展開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的集成調(diào)試，使進(jìn)行d s p 芯片軟硬仵 開(kāi)發(fā)的最佳工具。目前主要有兩種仿真器；一種是傳統(tǒng)的電路仿真器，另一種是先進(jìn)的 掃描仿真器。現(xiàn)在d s p 常用的是第二種仿真器。d s p 芯片內(nèi)部是通過(guò)移位寄存器掃描 鏈實(shí)現(xiàn)掃描仿真，這個(gè)掃描鏈被外部的串行口訪問(wèn)。采用掃描仿真，即使芯片已經(jīng)焊在 電路板上，也可以進(jìn)行仿真調(diào)試，這對(duì)于再生產(chǎn)過(guò)程中調(diào)試d s p 系統(tǒng)也帶來(lái)極大的方 便。 ( 3 ) 復(fù)位電路 對(duì)于實(shí)際的d s p 應(yīng)用系統(tǒng)，特別是產(chǎn)品化的d s p 系統(tǒng)，其可靠性是一個(gè)不容忽視 的問(wèn)題，由于系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率較高，在運(yùn)行時(shí)極有可能發(fā)生干擾和被干擾的現(xiàn)象，嚴(yán)重 時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。為了克服這種情況，除了在軟件作一些保護(hù)措施外，硬件上也 必須作相應(yīng)的處理。硬件上最有效的保護(hù)措施就是采用具有監(jiān)視功能的自動(dòng)復(fù)位電路。 本系統(tǒng)選用的m a x 公司的復(fù)位芯片m a x 7 0 6 r c p a 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的復(fù)位功能。 ( 4 ) p l l 鎖相環(huán) 1 4 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 早期的d s p 芯片一般工作頻率較低，因此其工作頻率與外部提供的頻率相等或是 外部頻率的2 分頻或4 分頻。隨著d s p 芯片速度的提高，外部頻率很高，如果仍采用 此種方式，必然產(chǎn)生高頻干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，現(xiàn)在的d s p 芯片提供了多 種工作方式。不僅具有傳統(tǒng)的分頻方式，而且采用更加靈活的可編程p l l 方式。 1 m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 是屬于軟件可編程p l l 方式，軟件可編程p l l 受一個(gè)存儲(chǔ)器映射( 地 址為5 s h ) 的時(shí)鐘模式寄存器c l k m d 控制，在d s p 的程序中設(shè)置c u i d 的值，可 以改變p l l 時(shí)鐘模塊的配置。復(fù)位后的c l k m d 的值是根據(jù)d s p 芯片三根輸入引腳 c l k m d l c l l 3 確定，從而確定d s p 復(fù)位后的工作時(shí)鐘，然后通過(guò)軟件設(shè)置p l l 改變工作頻率。本系統(tǒng)中的c l k m d l c l k m d 3 利用跳線被設(shè)置為1 lo _ 使系統(tǒng)上電的 工作頻率為1 6 m h z 。 4 2 2d s p 存儲(chǔ)空間設(shè)計(jì) v c 5 4 1 6 處理器具有2 3 根地址線，有三個(gè)獨(dú)立編址的存儲(chǔ)空間，其中程序存儲(chǔ)空間 為8 m ，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間為6 4 k 和存儲(chǔ)空間為6 4 k 。程序存儲(chǔ)空間用于裝載程序指令 和常數(shù)表：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間存放程序指令使用的臨時(shí)變量；i ，o 空間則為外部設(shè)備提供了 一個(gè)存儲(chǔ)器映射接口，并且可以作為額外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在任何一個(gè)存儲(chǔ)空間內(nèi)，根據(jù) 不同的映射不同空間的器件都可以駐留在片內(nèi)或片外p m 。 v c 5 4 1 6 具有豐富的片上存儲(chǔ)器資源，包括“k x l 6 b i t 的片上雙訪問(wèn)r a m ( d 蚶認(rèn)m ) 和6 4 k x l 砌t 的片上單訪問(wèn)r a m ( s a r a m ) 。d 舢r a m 被劃分為8 塊不同的地址期間， 每塊8 k 字。在同一個(gè)可以對(duì)同一塊d 舢乙m 進(jìn)行兩次讀操作，或是一次讀一次寫(xiě)操作， 這樣大大提高了程序執(zhí)行的速度。s a r a m 被劃分為8 塊不同的地址期間，每塊8 k 。每 一塊都是單訪闖存儲(chǔ)器，也就是在同一個(gè)指令周期一個(gè)指令字能將一個(gè)數(shù)據(jù)字從個(gè) s a 認(rèn)m 塊寫(xiě)到另一個(gè)s 川恥w 塊。 可用軟件編程方法，對(duì)影響片上存儲(chǔ)器分配的三個(gè)控制位進(jìn)行設(shè)置，控制片上存儲(chǔ) 器是否配置到存儲(chǔ)空間，并指定片上存儲(chǔ)器是配置到程序空間還是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 ( 1 ) m p # m c ：當(dāng)此位為0 時(shí)，允許片上r o m 配置到程序空間中：當(dāng)此位為l 時(shí)， 禁止片上r o m 配置到程序存儲(chǔ)空間中。 d s p 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) ( 2 ) o v l y ：當(dāng)0 v l y = l 時(shí)，片上r 觸訌配置到程序空間和數(shù)據(jù)空間；當(dāng)o v l y = o 時(shí)，片上r a m 僅配置到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 ( 3 ) d r o m ：d r m 仁l 時(shí)，片上r o m 部分配置到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間：d r o 仁o 時(shí)， 片上r o m 部分不被配置到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。d r o m 與m p ， i c 拌的狀態(tài)無(wú)關(guān)。 v c 5 4 1 6 使用一個(gè)頁(yè)擴(kuò)展存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可尋址的程序空間為8 m ，為了完成這種結(jié)構(gòu)， v c 5 4 1 6 有許多不同于其它5 4 x 系列d s p 的特征： 地址總線為2 3 根，而不是1 6 根。 具有一個(gè)擴(kuò)展存儲(chǔ)器寄存器) 口c 。 六條可訪問(wèn)擴(kuò)展程序空問(wèn)的指令。 v c 5 4 1 6 的程序空間有1 2 8 頁(yè)組成，每頁(yè)鯽【字。當(dāng)片上ra m 映射到程序空間時(shí)， 每頁(yè)程序存儲(chǔ)器由兩部分組成；一個(gè)每頁(yè)都公用的3 2 k 字，一個(gè)是每頁(yè)獨(dú)立的3 2 k 字。 公用的3 2 k 存儲(chǔ)空問(wèn)為每頁(yè)共同使用的同一個(gè)存儲(chǔ)器，每頁(yè)獨(dú)立的3 2 k 存儲(chǔ)空間通過(guò) 特定的頁(yè)進(jìn)行訪問(wèn)剛。 d s p 的d r o m 、m p 伍化群、o v l y 三個(gè)控制位決定了d s p 的存儲(chǔ)空間分配，使得 d s p 可以訪問(wèn)外部的數(shù)據(jù)空間、程序空間。本系統(tǒng)是在d s p 內(nèi)部執(zhí)行程序，需要的是 將內(nèi)部r o m 映射到程序空間，使得系統(tǒng)從在片r o m 的o x f f 8 0 處開(kāi)始執(zhí)行程序，因此 設(shè)置m p m c 舉卸。此位還必須與d s p 的外部管腳m p m c 撐一致，即必須設(shè)置d s p 的外 圍硬件m p ，m c 撐與地相接。 同時(shí)系統(tǒng)的要求是將外部程序存儲(chǔ)器中的程序代碼加載到內(nèi)部的高速l 認(rèn)m 中，需 要將d s p 內(nèi)部的r a m 映射到程序存儲(chǔ)空間去，因此設(shè)置o v l y = l ，使得d s p 芯片的 內(nèi)部r a m 可以映射到程序空間和數(shù)據(jù)空間。但其中需注意的是內(nèi)部r a m 映射到程序 空間和數(shù)據(jù)空間的地址空間不可以重疊。例如：d r a m 的0 x 0 0 8 0 o x 2 0 0 0 的地址空間 映射到程序空間，則這部分的r a m 就不能再映射到數(shù)據(jù)空間，并且也就喪失這段數(shù)據(jù) 空間。 根據(jù)系統(tǒng)脫機(jī)運(yùn)行的要求，本系統(tǒng)在d s p 外擴(kuò)了一片f l a s h 芯片s s t 3 9 珥o o a ， 根據(jù)d s p 系統(tǒng)程序加載的特點(diǎn)，將f l a s h 地址為o ) 【8 0 0 御r 的存儲(chǔ)區(qū)在程序下載 的過(guò)程中映射到d s p 的數(shù)據(jù)空間。 1 6 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 3t m s 3 2 0 v c 5 4 16b o o tl d e r 程序設(shè)計(jì) d s p 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后一步是b o o n o a d e r 程序的實(shí)現(xiàn)。b t l o a d 盯是對(duì)單片機(jī)的 改進(jìn)。通常單片機(jī)程序是通過(guò)把單片機(jī)放入專(zhuān)用燒寫(xiě)器中將程序燒入其中的e e p r o m 中，然后將單片機(jī)裝入功能板上工作p 列。d s p 為了增加系統(tǒng)軟件下載調(diào)試的靈活性，將 這個(gè)e e p i m m 等存儲(chǔ)器放置到片外，由一片或幾片f l a s hr o m 來(lái)代替；d s p 的內(nèi)部 r o m 固化了一個(gè)稱為b o o t 的程序，在d s p 上電硬復(fù)位( 小但， d c = o ) 后，d s p 自動(dòng)執(zhí) 行這個(gè)b o o t 程序，將外部f l a s hi m 的系統(tǒng)程序?qū)雂 s p 內(nèi)部的高速r a m 程序存 儲(chǔ)空問(wèn)中。 可編程的數(shù)字化芯片如t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 從上電復(fù)位到進(jìn)入正常工作狀態(tài)前一瞬間 的這個(gè)階段稱為b 0 0 t 階段。有些簡(jiǎn)單的可編程數(shù)字化芯片，當(dāng)上電復(fù)位后，它的程序 指針自動(dòng)指到一個(gè)固定的入口地址，程序設(shè)計(jì)者必須將程序可執(zhí)行代碼的首地址放在這 個(gè)入口地址處。對(duì)于c 5 0 0 0 系列d s p 來(lái)說(shuō)，當(dāng)上電復(fù)位后，程序指針自動(dòng)指向r o m 中 的一個(gè)稱為b o o t l o a d e