（信號(hào)與信息處理專業(yè)論文）基于嵌入式操作平臺(tái)的圖像通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

摘要 本論文論述了基于嵌入式操作平臺(tái)的圖像通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 首先討論了圖像通信系統(tǒng)的組成，主要介紹了其中的傳輸部分； 對(duì)于傳輸?shù)膬煞N方式( 基于專線和基于i p 網(wǎng)絡(luò)) ，重點(diǎn)介紹了基 于i p 網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式，并描述了以摩托羅拉公司的m p c 8 5 0 為核 心構(gòu)建的嵌入式圖像通信平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)。最后從硬件和軟件兩 個(gè)角度討論了系統(tǒng)優(yōu)化的問(wèn)題，尤其是對(duì)后者，指出了系統(tǒng)軟件 優(yōu)化的方向，即利用p o w e r p c 內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)來(lái)優(yōu)化關(guān)鍵代 碼，并做了詳盡的分析。 a b s t r a c t t h ep a p e ri sa b o u tt h ed e s i g no fa ni m a g ec o 唧u n i c a t i o n s y s t e mb a s e do n e m b e d d e do p e r a t i n gp l a t f o r m 工tf i r s tt a l k s a b o u tt h ec o n s t r u c t i o no f i m a g e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m ， e s p e c i a ll y a b o u tt h et r a n s m i t t a lp a r to ft h es y s t e m f o r t h et w ow a y so ft r a n s m i t t a l ， t h eo n eb a s e do ni pn e t w o r k i sd i s c u s s e dm o s t l ya n d ah a r d w a r e d e s i g n o fe m b e d d e d o p e r a t i n gp l a t f o r m w i t ht h em p c 8 5 0f r o mm o t o r 0 1 a i s d e s c r i b e d a tl a s t ， itis s u e st h ep r o b l e ma b o u ts y s t e m o p t i m i z a ti o nf r o mt h ep o i n to fh a r d w a r ea sw e l 1a ss o f t w a r e a n df o c u s e so nt h el a t t e r i ta d v a n c e saw a yt oo p t i m i z e t h ek e yc o d e so ft h es y s t e mp r o g r a mw i t ht h e f e a t u r e so f p o w e r p cc o r ea n da n a l y s e s i ti nd e t a i l 第一章前言 1 1 圖像通信系統(tǒng)的模型 圖像通信系統(tǒng)模型如圖1 一l 一1 所示。 圖像 信息源 圖像顯示 圖1 _ ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) 圖l 一1 1 圖像通信系統(tǒng)模型示意圖 l 一1 中各部分主要功能描述如下： 圖像信息源是指產(chǎn)生活動(dòng)或靜止的圖像基帶電信號(hào)的部分； 圖像預(yù)處理是因由圖像通信的某些需要而設(shè)置的，例如去噪聲的平滑 處理、提高對(duì)比度的增強(qiáng)處理、減少幾何失真的幾何校正處理等等； 圖像信源編碼用來(lái)去除或減少圖像信息中的冗余度，壓縮圖像信號(hào)的 頻帶或降低其碼率，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)地傳輸、存儲(chǔ)的目的； 信道編碼是為了增強(qiáng)圖像信號(hào)的抗干擾能力，在其中加入一些保護(hù)碼 ( 糾錯(cuò)碼) ： 調(diào)制的目的是把信號(hào)變換成更適宜于信道中傳輸?shù)男问剑?圖像信道一般理解為傳輸圖像信號(hào)的線路； 解調(diào)、信道解碼、圖像信源解碼是上述發(fā)送端相應(yīng)部分的逆過(guò)程； 圖像顯示是指遠(yuǎn)端恢復(fù)圖像信號(hào)的重現(xiàn)。 1 2 本論文所討論的圖像通信系統(tǒng) 1 1 節(jié)中描述的圖像通信系統(tǒng)模型可以認(rèn)為是一種普遍意義上的抽象模型。 本論文所討論的圖像通信系統(tǒng)主要針對(duì)會(huì)議電視和視頻監(jiān)控的應(yīng)用，本節(jié)將概述 我們?cè)囼?yàn)用的圖像通信平臺(tái)，首先給出該圖像通信平臺(tái)的系統(tǒng)總體框圖，如圖l 一2 一l 所示。 lv c d l播放 t vi 顯示l 傳輸 圖l 一2 1 試驗(yàn)用圖像通信平臺(tái) 圖1 2 1 中，m p e g 一2 編碼模塊采用富士通的一種解決方案，將在第二 章中介紹。在會(huì)議電視和視頻監(jiān)控的應(yīng)用中，都需要一適合多媒體信息傳輸?shù)某?載網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域內(nèi)各類信息的調(diào)度，承載網(wǎng)絡(luò)主要有兩種方式：一種是專 線方式，即租用電信運(yùn)營(yíng)商e 1 線路( 2 0 4 8 m b p s ) 進(jìn)行傳輸( 此時(shí)m p e g 一2 編碼 速率須控制在2 0 4 8 m b p s 以內(nèi)) ，對(duì)于這種方式，我們做的主要工作是用可編程 邏輯器件實(shí)現(xiàn)h d b 3 碼( 一種基帶傳輸碼型) 的編碼和解碼，將在第三章中介紹； 另一種是i p 方式，即通過(guò)局域網(wǎng)傳輸。我們選用m o t o r 0 1 a 的m p c 8 5 0 ，采用 v x w o r k s 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)圖像通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多媒體信息在i p 網(wǎng)絡(luò)上的打包傳輸( 解碼端則解包) ，m p e g 一2 編碼速率主要受整個(gè)嵌入式系統(tǒng) 平臺(tái)處理能力的限制( 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)不擁塞) ，將在第四和第五章中詳細(xì)討論該平臺(tái) 的設(shè)計(jì)( 偏重硬件) ，在第六章中討論對(duì)該平臺(tái)的優(yōu)化。至于m p e g 一2 解碼模 塊，本論文不作討論。 目 第二章m p e g 一2 編碼模塊 2 1m p e g 一2 編碼芯片簡(jiǎn)介 m p e g 一2 編碼芯片采用f u j i t s u 公司的m p e g 一2 編碼芯片m b 8 6 3 9 0 。m b 8 6 3 9 0 執(zhí)行視頻和音頻編碼，以及將視頻和音頻數(shù)據(jù)流組織成符合m p e g 一2 標(biāo)準(zhǔn)的t s 流或p s 流輸出。 圖2 一l 一1m b 8 6 3 9 0 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 m b 8 6 3 9 0 運(yùn)行時(shí)需要單片機(jī)執(zhí)行初始化配置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 1 1 所示 主要包括以下部分 1 、h o s t s d r a m 接口控制器一一管理主控器件及s d r a m 2 、串口控制器一一管理串行接口； 3 、根r o m 存儲(chǔ)器一一存放b 0 0 t 程序； 4 、r i s c 處理器一一實(shí)現(xiàn)編碼過(guò)程： 5 、t b c ( 時(shí)間基準(zhǔn)校正) 控制器一一管理視頻數(shù)據(jù)的存放和讀取，并負(fù)責(zé)插 入時(shí)間標(biāo)記： 6 、視頻編碼器一一編碼壓縮原始視頻數(shù)據(jù)，形成新的視頻流； 7 、音頻編碼器一一編碼壓縮原始音頻數(shù)據(jù)，形成新的音頻流； 8 、多路復(fù)用器一一組織視頻和音頻數(shù)據(jù)流，產(chǎn)生符合m p e g 一2 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù) 流輸出。 對(duì)于我國(guó)的p a l d 制式標(biāo)準(zhǔn)電視信號(hào)，m b 8 6 3 9 0 a 可以實(shí)時(shí)編碼任意3 2 m 3 2 n 大小的圖像，最大尺寸為7 2 0 5 7 6 ，同時(shí)可以實(shí)時(shí)編碼最大采樣率為4 8 k h z 的 雙聲道音頻信號(hào)。 由于m b 8 6 3 9 0 可以控制高達(dá)1 2 8 m b i t 的存儲(chǔ)器，所以有能力進(jìn)行較復(fù)雜的視 頻數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償編碼，比如可以執(zhí)行寬范圍的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，沿水平方向達(dá)到+ l o o 像素，沿垂直方向達(dá)到+ 一5 0 像素，而通常的運(yùn)動(dòng)估計(jì)范圍為+ 一3 2 像素。因?yàn)?運(yùn)動(dòng)估計(jì)范圍較大，就可以處理運(yùn)動(dòng)比較劇烈的場(chǎng)景，如電影畫(huà)面中的武打動(dòng)作、 飛車場(chǎng)景。運(yùn)動(dòng)估計(jì)是影響視頻編碼效率的關(guān)鍵因素之一。 2 2 圖像編碼簡(jiǎn)介 通常圖像編碼執(zhí)行“基于塊的操作”，即將圖像分成一個(gè)個(gè)1 6 1 6 大小的圖 像塊，以塊為單位執(zhí)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、離散余弦變換( d c t ) 、游程編碼和 哈夫曼編碼。運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是指在相鄰的前、后圖像中尋找與某圖像塊最 相似的圖像塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前圖像的預(yù)測(cè)；d c t 變換是對(duì)預(yù)測(cè)圖像與當(dāng)前圖像的差 值進(jìn)行的，為提高d c t 變換效率，常將1 6 1 6 的圖像塊進(jìn)一步分成四塊8 8 的小塊，對(duì)小塊進(jìn)行d c t 變換：d c t 變換之后，根據(jù)m p e g 一2 提供的量化表進(jìn)行 系數(shù)量化：然后采用之字形掃描，對(duì)量化后系數(shù)中的0 值進(jìn)行游程編碼；最后對(duì) 各個(gè)分量執(zhí)行哈夫曼編碼。視頻和音頻數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后將被組成m p e g 一2 標(biāo)準(zhǔn)格式 的數(shù)據(jù)流，包括數(shù)據(jù)幀頭、時(shí)鐘參考等附加信息。 第三章基于專線的圖像傳輸 隨著數(shù)字應(yīng)用業(yè)務(wù)的廣泛發(fā)展，許多電信運(yùn)營(yíng)商都相繼推出了e 1 專線出租 業(yè)務(wù)，使得基于e l 專線的遠(yuǎn)程圖像傳輸應(yīng)用日益廣泛；政府、公檢法和各大型 企業(yè)都開(kāi)始以租用e 1 專線的形式，來(lái)實(shí)現(xiàn)他們各自的專用會(huì)議電視( 或視頻監(jiān) 控) 系統(tǒng)，下面將介紹基于專線的圖像傳輸。 3 1 系統(tǒng)流程 基于專線的圖像傳輸系統(tǒng)如圖3 1 一l 所示。 解碼端專線傳輸適配 圖3 1 1 基于專線的圖像傳輸系統(tǒng) 系統(tǒng)上電后，編碼端專線傳輸適配模塊上的單片機(jī)對(duì)m p e g 一2 編碼模塊進(jìn) 行初始化配置( 也可在系統(tǒng)工作時(shí)通過(guò)單片機(jī)的r s 一2 3 2 通信口配置) 。e l 信道 被分為3 2 個(gè)t s ( t i m es l o t ，時(shí)隙) ，每個(gè)t s 為6 4 k b p s ，通信各方需事先約定 那幾個(gè)時(shí)隙分配給m p e g 一2 碼流使用，被分配的時(shí)隙個(gè)數(shù)決定了編碼模塊的編 碼速率( 所以對(duì)于一路e 1 信道，m p e g 一2 編碼速率須控制在2 0 4 8 m b p s 以內(nèi)) 。 m p e g 一2 碼流將在c p l d ( 復(fù)雜可編程邏輯器件) 中按約定的時(shí)隙分配形成e 1 信息流( 二進(jìn)制) ，然后編成h d b 3 碼進(jìn)行傳輸。解碼端專線傳輸適配模塊的c p l d 則將接收到的h d b 3 碼流重新解為二進(jìn)制e 1 信息流，再?gòu)募s定的時(shí)隙中提取出 m p e g 一2 碼流送到解碼模塊。下面主要介紹h d b 3 碼編碼和解碼功能的c p l d 實(shí) 現(xiàn)，我們選用的c p l d 是a l t e r a 公司的m a x 7 0 0 0 系列。 3 2h d b 3 碼 數(shù)字基帶信號(hào)是代碼的電表示形式，但并非所有代碼的電波形都適合在實(shí)際 信道中傳輸。對(duì)于一般的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，傳輸碼型的選擇主要考慮兩個(gè)問(wèn)題： 首先，該碼型相應(yīng)的數(shù)字基帶信號(hào)不能有豐富的直流和低頻成分，否則可能造成 嚴(yán)重的信號(hào)畸變：其次，能從相應(yīng)的數(shù)字基帶信號(hào)中獲取定時(shí)信息，這就要求基 帶信號(hào)避免長(zhǎng)時(shí)間的出現(xiàn)零電位，否則收定時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)難以保證收定時(shí)信號(hào)的準(zhǔn) 確性。 h d b 3 碼是i t u t 推薦使用的數(shù)字基帶傳輸碼型，全稱是高密度雙極性3 碼，是一種偽三進(jìn)制碼，它的三個(gè)狀態(tài)可用正極性傳號(hào)b + 、負(fù)極性傳號(hào)b 一和 空號(hào)o 來(lái)表示。對(duì)于二進(jìn)制信號(hào)中的傳號(hào)，h d b 3 信號(hào)中應(yīng)交替的編為b + 和b 一( 傳號(hào)極性交替反轉(zhuǎn)) ，因而不會(huì)引入直流成分。對(duì)于二進(jìn)偉4 信號(hào)中的空號(hào)， h d b 3 信號(hào)中仍編為空號(hào)；但對(duì)于4 個(gè)空號(hào)串，編碼時(shí)要引入傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)規(guī)則 的破壞點(diǎn)，這種破壞點(diǎn)按其極性用v + 或v 一來(lái)表示。二進(jìn)審4 信號(hào)中的4 個(gè)空號(hào) 串按下列規(guī)則編碼： a 如果h d b 3 信號(hào)的前一個(gè)傳號(hào)的極性與其前一個(gè)傳號(hào)的極性相反而本身 又不是破壞點(diǎn)，則4 個(gè)空號(hào)串的第一個(gè)空號(hào)應(yīng)編為空號(hào)；如果h d b 3 信 號(hào)的前一個(gè)傳號(hào)的極性與其前一個(gè)破壞點(diǎn)的極性相同或者本身就是破壞 點(diǎn)，則4 個(gè)空號(hào)串的第一個(gè)空號(hào)編為傳號(hào)，即非破壞點(diǎn)( 即b + 或b ) 。 這一規(guī)則保證了相繼破壞點(diǎn)具有交替的極性，因而不會(huì)引入直流成分。 b 4 個(gè)空號(hào)串的第二個(gè)空號(hào)和第三個(gè)空號(hào)總是編為空號(hào)。 c 4 個(gè)空號(hào)串的最后一個(gè)空號(hào)總是編為傳號(hào)，其極性應(yīng)破壞傳號(hào)交替反轉(zhuǎn) 規(guī)則，形成破壞點(diǎn)( 即v + 或v 一) 。 經(jīng)此特殊規(guī)則編碼，h d b 3 信號(hào)中最多只會(huì)出現(xiàn)連續(xù)3 個(gè)空號(hào)，完全可以保 證收定時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)所恢復(fù)的收定時(shí)信號(hào)的準(zhǔn)確性。 3 2 1h d b 3 碼編碼規(guī)則分析 上述規(guī)則中的b 和c 兩條很好理解，對(duì)規(guī)則a 需要做深入的解釋。事實(shí)上， 對(duì)于原始二進(jìn)制信號(hào)中的傳號(hào)，要求被交替的編為正極性傳號(hào)b + 或負(fù)極性傳號(hào) b 一( 記為要求1 ) ，從而保證不會(huì)引入直流成分?，F(xiàn)在為限制空號(hào)串的數(shù)目，人 為引入破壞點(diǎn)v ，它實(shí)際上是將原始二進(jìn)制信號(hào)中的4 空號(hào)串中的最后一個(gè)空號(hào) 編為h d b 3 信號(hào)中的傳號(hào)，要求與h d b 3 信號(hào)中的前一傳號(hào)同極性( 記為要求2 ) ， 從而破壞傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)規(guī)則。為了保證破壞點(diǎn)v 不會(huì)另外引入直流成分，必須 要求相繼破壞點(diǎn)具有交替的極性( 記為要求3 ) 。 當(dāng)原始二進(jìn)制信號(hào)中的相繼兩個(gè)4 空號(hào)串間有奇數(shù)個(gè)傳號(hào)時(shí)，則要求1 、2 和3 均可滿足。因?yàn)橹挥挟?dāng)相繼兩個(gè)破壞點(diǎn)間有奇數(shù)個(gè)傳號(hào)時(shí)，按要求l 、2 迸 行編碼的結(jié)果才符合要求3 ，如下例所示： 1oooo0l010010o0o0 b +ooov +ob ob +0ob ooov 二o 上例中原始二進(jìn)制信號(hào)中的相繼兩個(gè)4 空號(hào)串問(wèn)有3 個(gè)傳號(hào)，編為h d b 3 信號(hào)后同時(shí)滿足要求1 、2 和3 。當(dāng)原始二迸制信號(hào)中的相繼兩個(gè)4 空號(hào)串間有 偶數(shù)個(gè)( 含零個(gè)) 傳號(hào)時(shí)，則應(yīng)將原始二進(jìn)制信號(hào)中的4 空號(hào)串中的第一個(gè)空號(hào) 編為h d b 3 信號(hào)中的傳號(hào)，與h d b 3 信號(hào)中的前一傳號(hào)極性相反，4 空號(hào)串中的 最后一個(gè)空號(hào)仍編為破壞點(diǎn)v ，極性與第一個(gè)空號(hào)改變來(lái)的傳號(hào)同極性。這實(shí)際 是將偶數(shù)情形變?yōu)槠鏀?shù)情形處理，使之仍然滿足要求1 、2 和3 ( 因?yàn)檫@三個(gè)要 求必須滿足) ，舉一個(gè)長(zhǎng)連零串的例子： 10oo0oooo0oooo0o0 b +00ov +b 0ov -b +0ov +b oov - 上例中相當(dāng)于原始二進(jìn)制信號(hào)中的兩個(gè)相繼4 空號(hào)串間有o 個(gè)傳號(hào)，通過(guò)將 4 空號(hào)串中的第一個(gè)空號(hào)編為h d b 3 信號(hào)中的傳號(hào)。使相繼兩個(gè)破壞點(diǎn)間有1 個(gè) 傳號(hào)。 3 2 2h d b 3 碼編碼部分實(shí)現(xiàn) 編碼系統(tǒng)如圖3 2 一l 所示，輸入信號(hào)有兩個(gè)：時(shí)鐘c l k 和原始二進(jìn)制信 號(hào)d i n ：輸出信號(hào)為p o s 和n e g 。p o s 代表h d b 3 信號(hào)中的正極性傳號(hào)b + ， n e g 代表h d b 3 信號(hào)中的負(fù)極性傳號(hào)b 一。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于h d b 3 信號(hào)中的空 號(hào)，p o s 和n e g 均為o ：對(duì)于正極性傳號(hào)b + ，p o s 為1 ，n e g 為o ：對(duì)于負(fù) 極性傳號(hào)b 一，p o s 為o ，n e g 為l 。最后只要將p o s 和n e g 送往專用芯片， 即可得到有三個(gè)狀態(tài)的h d b 3 信號(hào)，其波形如圖3 2 3 所示。圖3 2 1 中 d 3 是第一個(gè)d 觸發(fā)器的輸入，q 3 、q 2 、q 1 分別是三個(gè)d 觸發(fā)器的輸出。 圖3 2 1h d b 3 編碼系統(tǒng)框圖 圖3 2 2h d b 3 編碼部分m o d e l l 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 根據(jù)編碼規(guī)則分析，我們將編碼系統(tǒng)分成兩個(gè)模塊( m o d e l ) 。m o d e l l 產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)給m o d e l 2 ，其中o u t 是將原始二進(jìn)制信號(hào)中4 空號(hào)串的某些空 號(hào)按編碼規(guī)則變?yōu)閭魈?hào)后所得的信號(hào)。v j n f o 用于提供破壞點(diǎn)信息，當(dāng)v i n f 0 為l 時(shí)，表示0 u t 中相應(yīng)傳號(hào)是破壞點(diǎn)。m o d e l l 檢測(cè)出原始二進(jìn)制信號(hào)d i n 中的4 空號(hào)串，將其最后一個(gè)空號(hào)變?yōu)閭魈?hào)( 成為一個(gè)破壞點(diǎn)，相應(yīng)v j n f o 為 1 ) 。m o d e l l 同時(shí)提供狀態(tài)機(jī)用于記錄兩個(gè)相繼4 空號(hào)串間的原始二進(jìn)制傳號(hào) 個(gè)數(shù)的奇偶，據(jù)此決定是否將該4 空號(hào)串的第一個(gè)空號(hào)也編為傳號(hào)( 這可以通過(guò) 控制d 3 實(shí)現(xiàn)) 。m o d e l l 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3 2 2 所設(shè)示，其中矩形框代表 各個(gè)狀態(tài)，而上有橫線的矩形框內(nèi)為條件輸出。狀態(tài)e v e n 表示從上一個(gè)4 空 號(hào)串以來(lái)，由d i n 輸入的原始二進(jìn)制傳號(hào)個(gè)數(shù)為偶數(shù)；狀態(tài)0 d d 表示從上一個(gè) 4 空號(hào)串以來(lái)，由d 烈輸入的原始二進(jìn)制傳號(hào)個(gè)數(shù)為奇數(shù)。根據(jù)編碼規(guī)則可以得 到不同條件下的狀態(tài)轉(zhuǎn)移走向，以及相應(yīng)的條件輸出。 圖3 2 3 原始h d b 3 信號(hào)( 左側(cè)箭頭標(biāo)記處為零電平) 電平刻度：1 o v 每格 必須使用觸發(fā)器記錄不同狀態(tài)。由圖3 2 2 ，設(shè)觸發(fā)器輸出為o 代表狀態(tài) e v e n ，1 代表狀態(tài)o d d ，則得狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程如下： i l 9 刖= q ”d 刀v + q ”d ”，( q 3 + q 2 + q 1 ) q “ + 婦”p w ( q 3 + q 2 + q 1 ) + d ，j + q ”d ，j q ” ：礦幣麗菰剪面雹麗 掣+ 婦”阿再面砸砸網(wǎng)+ 刪 歹 由狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，可使用t 觸發(fā)器( 即圖3 2 5 中上面一個(gè)t 觸發(fā)器) 7 1 = q “阿麗砸再蠆面司+ d ， 各輸出信號(hào)方程如下： y 一陽(yáng)= 歹麗面甬麗+ q ” = d ，+ ( q 3 + q 2 + q 1 ) o 【，7 ：q l 也”+ 歹萬(wàn)雨( q 3 + q 2 + q 1 ) + 歹d ， + 歹面麗躉勇j 1 霧_ 面 = q l + q ”y f ，陽(yáng) m d d e l 2 用于將o u t 信號(hào)中的傳號(hào)分配到p o s 或n e g 輸出( 對(duì)于空號(hào)， 則p o s 和n e g 都輸出0 ) 。m o d e l 2 也提供狀態(tài)機(jī)記錄下一個(gè)來(lái)自o u t 的傳號(hào) 應(yīng)在p 0 s 還是n e g 輸出，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移依據(jù)m o d e l l 提供的o u t 和v i n f o 信號(hào)。m o d e l 2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3 2 4 所示，狀態(tài)p o s 表示0 u t 信號(hào)中的 下一傳號(hào)應(yīng)在p o s 輸出，狀態(tài)n e g 表示o u t 信號(hào)中的下一傳號(hào)應(yīng)在n e g 輸出。 圖3 2 4 編碼部分m o d e l l 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 必須使用觸發(fā)器記錄不同狀態(tài)。由圖3 2 4 ，設(shè)觸發(fā)器輸出為0 代表狀態(tài) p o s ，1 代表狀態(tài)n e g ，則得狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程如下： 1 一一 、 q 腫。= p u 7 礦一刀慟+ o ( ，r 礦一刀啪j 。q ” + q o ?！币粍hm + q o 卯”一腳1 歹 【+ g ”麗y 一7 v ：舳+ q “o 【，丁礦二麗j 。 一、 ， 、一 = 臼”礦一廳，：陽(yáng)+ q 1 j q ”+ 婦”礦一d 7 ：陽(yáng)+ q i j g ” 由狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，可使用t 觸發(fā)器( 即圖3 2 5 中下面一個(gè)t 觸發(fā)器1 ： 丁= q ”礦一刀譏f d + q l 整個(gè)h d b 3 編碼的c p l d 實(shí)現(xiàn)如圖3 2 5 所示。因?yàn)閔 d b 3 信號(hào)波形是 雙極性歸零波形，其對(duì)應(yīng)的每一傳號(hào)的脈沖都會(huì)回到零電位，即相鄰脈沖之間必 定留有零電位的間隔，所以最后要用時(shí)鐘c l k “挖”一下，以便將原為非歸零 波形的p o s 和n e g 信號(hào)變?yōu)闅w零波形的p o s 和n e g 信號(hào)。 圖3 2 5 編碼部分邏輯電路圖 3 2 3h d b 3 碼解碼規(guī)則分析 雖然h d b 3 碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但解碼比較簡(jiǎn)單。從前面可以看出， 每一個(gè)破壞符號(hào)v 總是與前一個(gè)非0 符號(hào)同極性( 包括由空號(hào)編為傳號(hào)的非破 壞點(diǎn)在內(nèi)) 。這就是說(shuō)，從收到的符號(hào)序列中可以容易地找到破壞點(diǎn)v ，于是斷 定v 符號(hào)及其前面地3 個(gè)符號(hào)必是連o 符號(hào)，從而恢復(fù)4 個(gè)空號(hào)串，得到全部 原有二進(jìn)制信號(hào)中的空號(hào)，再將所有的正極性傳號(hào)b + 、負(fù)極性傳號(hào)b 一編為二 進(jìn)制l ，則得到全部原有二進(jìn)制信號(hào)中的傳號(hào)。 3 2 4 h d b 3 碼解碼部分實(shí)現(xiàn) 解碼系統(tǒng)如圖3 2 6 所示，輸入信號(hào)有三個(gè)：時(shí)鐘c l k 、p o s 和n e g 信 號(hào)。p o s 代表h d b 3 信號(hào)中的正極性傳號(hào)b + ，n e g 代表h d b 3 信號(hào)中的負(fù)極 性傳號(hào)b 一( 本系統(tǒng)假定時(shí)鐘c l k 是由專用芯片從h d b 3 信號(hào)中提取的線路時(shí) 鐘，p o s 和n e g 則是經(jīng)過(guò)非歸零處理后的信號(hào)) 。輸出信號(hào)為d o u t ，也就是 解碼出來(lái)的對(duì)應(yīng)h d b 3 信號(hào)的原始二進(jìn)制信號(hào)。圖中d 3 是第一個(gè)d 觸發(fā)器的輸 入q 3 、q 2 、q 1 分別是三個(gè)d 觸發(fā)器的輸出。 圖3 2 6 解碼系統(tǒng)框圖 根據(jù)解碼規(guī)則分析，解碼m o d e l 應(yīng)提供一狀態(tài)機(jī)記錄上一個(gè)來(lái)自h d b 3 信號(hào)的傳號(hào)是正極性傳號(hào)，還是負(fù)極性傳號(hào)。解碼m o d e l 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3 2 7 所示，狀態(tài)b + 表示上一個(gè)來(lái)自h d b 3 信號(hào)的傳號(hào)是正極性傳號(hào)，狀態(tài)b 一表示上一個(gè)來(lái)自h d b 3 信號(hào)的傳號(hào)是負(fù)極性傳號(hào)。p o s 和n e g 都為l 的狀態(tài) 轉(zhuǎn)移分支是不可能出現(xiàn)的( 或錯(cuò)誤的) ，圖中用它作為冗余項(xiàng)，以簡(jiǎn)化狀態(tài)轉(zhuǎn)移 方程。 必須使用觸發(fā)器記錄不同狀態(tài)由圖3 2 7 ，設(shè)觸發(fā)器輸出為o 代表狀態(tài) b + ，l 代表狀態(tài)b 一，則得狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程如下： 一 一一 - 曠= 秒( p 儺m g + p 胍g ) 十q ”( e g j p + e g p ) q “+ 泣“t p o s n e g + p o s n e g 、七q 1 t n e g - p o s + n e g p o s 、q 。 = n e g q “+ p o s q h 由狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，可使用j k 觸發(fā)器： j = n e gk = p o s 各輸出信號(hào)方程如下： d 3 = q n p o s o u t + q n n e g o u t = ( q “p + q “e g ) 0 沂 d 0 【，7 1 = q ”p o s q 1 + q ”陽(yáng)q l = ( q ”p 吣+ q ”e g ) q 1 解碼部分邏輯電路如圖3 2 8 所示，這里的0 u t 信號(hào)與編碼部分出現(xiàn)的 o u t 信號(hào)意義相同。對(duì)于解碼部分，只要將p o s 和n e g 相或即可得到o u t 信 號(hào)。 圖3 2 7 解碼部分m o d e l 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 圖3 2 8 解碼部分邏輯電路圖 第四章基于i p 的圖像傳輸 在會(huì)議電視或視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，都需要一個(gè)適合多媒體信息傳輸?shù)某休d網(wǎng)絡(luò) 以實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域內(nèi)各類信息的調(diào)度。傳統(tǒng)的承載網(wǎng)絡(luò)多采用專線的方式，是基于 電路交換的方式，而現(xiàn)今傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)是以分組交換替代電路交換，所以 構(gòu)建基于分組交換網(wǎng)的承載網(wǎng)絡(luò)是大勢(shì)所趨，下面將重點(diǎn)介紹以分組交換網(wǎng)的典 型代表i p 網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò)的圖像通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 4 1系統(tǒng)流程 基于i p 的圖像傳輸系統(tǒng)如圖4 一l 一1 所示，m p e g 一2 碼流經(jīng)編碼端和解碼 端各自的i p 網(wǎng)絡(luò)傳輸適配模塊處理后實(shí)現(xiàn)在i p 網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。圖4 1 1 中連 接在i p 網(wǎng)絡(luò)上的p c ( 個(gè)人電腦) 可作為控制臺(tái)對(duì)i p 網(wǎng)絡(luò)傳輸適配模塊以及編 碼模塊進(jìn)行在線配置，也可截取在i p 網(wǎng)絡(luò)傳輸上的m p e g 一2 碼流，通過(guò)軟件 解碼后在p c 機(jī)上顯示。 編碼端i p 網(wǎng)絡(luò)傳輸適配 解碼端i p 網(wǎng)絡(luò)傳輸適配 圖4 一l l 基于i p 的圖像傳輸系統(tǒng) 編碼端i p 網(wǎng)絡(luò)傳輸適配模塊包含兩個(gè)子模塊：編碼緩沖模塊和m p c 8 5 0 打 包模塊。前者主要由單片機(jī)和f i f o 組成單片機(jī)負(fù)責(zé)在系統(tǒng)上電時(shí)配置( 也可 在系統(tǒng)工作時(shí)通過(guò)單片機(jī)的r s 一2 3 2 通信口配置) m p e g 一2 編碼模塊，而m p e g 一2 編碼模塊輸出的碼流將在f i f 0 中緩存( 這是因?yàn)閕 p 網(wǎng)絡(luò)傳輸不像e l 專線 傳輸那樣是恒定速率的) ，當(dāng)f i f o 中保存了一定量的信息( 我們采用半滿) 時(shí)， 由m p c 8 5 0 打包模塊讀取f i f 0 中的一定量的信息( 我們采用f i f o 容量的一半) 。 后者的核心是 i o t o r o l a 公司的m p c 8 5 0 ，在其上運(yùn)行v x w o r k s 嵌入式實(shí)時(shí)操作系 統(tǒng)及上層應(yīng)用程序，它們協(xié)同工作將從f i f 0 讀入的m p e g 一2 碼流打成u d p 包， 使用s o c k e t 套接字編程送到i p 網(wǎng)絡(luò)上傳輸。 解碼端i p 網(wǎng)絡(luò)傳輸適配模塊也包含兩個(gè)子模塊：解碼緩沖模塊和m p c 8 5 0 解包模塊。解碼緩沖模塊和編碼緩沖模塊大同小異，只是沒(méi)有單片機(jī)( 因?yàn)樵谖?們的應(yīng)用系統(tǒng)中無(wú)需對(duì)解碼模塊進(jìn)行配置) ：另外在f i f o 的容量和位寬上會(huì)有 不同。m p c 8 5 0 打包模塊和m p c 8 5 0 解包模塊在硬件上完全一樣，只是運(yùn)行的上 層應(yīng)用程序不樣，一個(gè)是將從編碼緩沖模塊f i f o 讀入的m p e g 一2 碼流打成u d p 包，而另一個(gè)是將從i p 網(wǎng)絡(luò)上接收的u d p 包重新解成m p e g 一2 碼流寫(xiě)入解碼緩 沖模塊f i f 0 中，供解碼模塊使用。后面的敘述中將不加區(qū)分的使用緩沖模塊和 m p c 8 5 0 模塊來(lái)表示編碼和解碼端的模塊。 4 2m p c 8 5 0 模塊 圖4 2 一lm p c 8 5 0 模塊 1 8 - m p c 8 5 0 模塊如圖4 2 一l 所示。m p c 8 5 0 可以說(shuō)是m p c 8 6 0 的低成本簡(jiǎn)化 版本，功能上的主要區(qū)別是m p c 8 6 0 支持百兆以太網(wǎng)( 具有十兆百兆以太網(wǎng)自 適應(yīng)功能) 。m p c 8 6 0 設(shè)有專門(mén)的l o m 1 0 0 m 快速以太控制器( f e c f a s t e t h e m e t c o n t r o l l e r ) ，并集成了專用f i f o 和d m a 供以太連接使用，所以m p c 8 6 0 可以 在絲毫不影響c p m ( c o m m u n i c a t i o n sp r o c e s s o rm o d u l e ) 性能的情況下提供高性 能的以太連接：而m p c 8 5 0 是用c p m 中的s c c 實(shí)現(xiàn)以太連接，且只支持十兆 以太網(wǎng)。m p c 8 5 0 和m p c 8 6 0 都內(nèi)嵌有功能強(qiáng)大的p o w e r p c 內(nèi)核，并集成了 一個(gè)通用m e m o r yc o n t r 0 1 i e r 和一個(gè)c p m ，下面分別介紹這兩個(gè)功能模塊。 4 2 1 m e m o r yc o n t r o l l e r 功能模塊 m p c 8 5 0 內(nèi)建的m e m o r yc o m r o l i e r 功能模塊主要由一個(gè)g p c m ( g e n e r a l p u r p o s ec h i p s e l e c tm a c h i n e ) 和一對(duì)u p m ( u s e r p r o g r a m m a b l e m a c h i n e ) 組成，它們用于實(shí)現(xiàn)和各種存儲(chǔ)器件或外圍設(shè)備的“無(wú)縫”連接，后 面會(huì)在具體應(yīng)用中詳細(xì)介紹。m p c 8 5 0 支持4 g b ”e s 的尋址空間，它的m e m o r y c o n t r o l l e r 功能模塊最多可尋址八個(gè)獨(dú)立的外部m e m o r yb a n k ( 每個(gè)b a i l k 都有各 自的片選信號(hào)) ，這八個(gè)m e m o r yb a l l k 均可配置選擇g p c m 或u p m 產(chǎn)生相應(yīng)的 控制時(shí)序。此外，每個(gè)m e m o r yb a n k 的起始地址、空間范圍和位寬( 支持8 b i t s 、 1 6 b i t s 或3 2 b i t s ) 等均可獨(dú)立配置。m e m o r yb a n k 的空間范圍可在3 2 k b ”e s 到 6 4 m b y t e s 之間按2 的冪次變化，這樣最多占據(jù)4 g b ”e s 可尋址空間中的 5 1 2 m b y t e s 。下面介紹在本應(yīng)用系統(tǒng)中受m e m o r yc o n t r 0 1 l e r 控制的存儲(chǔ)器件和外 圍設(shè)備。 1 f l a s h 本系統(tǒng)采用一片l m 字( 每字1 6 b i t s ) 的f l a s h ，整個(gè)系統(tǒng)的引導(dǎo)部分放在 該f l a s h 中。對(duì)f l a s h 的控制是通過(guò)m p c 8 5 0 內(nèi)部m e m o r yc o n l r o l l e r 中的 g p c m 實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)g p c m ，m p c s 5 0 可以非常靈活的與s r a m ，e p r o m e e p r o m 等存儲(chǔ)器件，以及其他外圍設(shè)備直接相連。事實(shí)上，g p c m 提供了若 干配置寄存器，通過(guò)對(duì)它們相應(yīng)位的設(shè)置，可以非常靈活的改變各控制信號(hào)( 如 片選信號(hào)、寫(xiě)使能信號(hào)、輸出使能信號(hào)等) 之間?？刂菩盘?hào)、有效地址和有效數(shù) 據(jù)之間的時(shí)序關(guān)系，所以無(wú)須另設(shè)邏輯控制電路。 2 s d r a m 本系統(tǒng)采用兩片8 m 字( 每字1 6 b i t s ) 的s d r a m ，構(gòu)成寬度3 2 b b 的s d r a m 系統(tǒng)，作為整個(gè)系統(tǒng)的主存。對(duì)s d r a m 的控制是通過(guò)m p c 8 5 0 內(nèi)部m e m o r y c o n t r 0 1 l e r 中的u p m 實(shí)現(xiàn)的。g p c m 主要用于連接控制簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)器件或外圍 設(shè)備，而u p m 要比g p c m 更復(fù)雜，主要用于連接各類d r a m 或控制復(fù)雜的外 圍設(shè)備。事實(shí)上，u p m 內(nèi)建有“字( 每字3 2 b i t s ) 的i 認(rèn)m ，該r a m 中的值將 驅(qū)動(dòng)m e m o r yc o n t r o l l e r 相應(yīng)輸出引腳在不同時(shí)鐘周期的邏輯值，r a m 中的每一 比特對(duì)應(yīng)四分之一時(shí)鐘周期的信號(hào)邏輯值，所以u(píng) p m 對(duì)m e m o r yc o n t r o i l e r 輸出 信號(hào)時(shí)序的控制精度達(dá)到四分之一時(shí)鐘周期。以u(píng) p m 控制s d r a m 為例，6 4 字 的r a m 被分成六部分。分別對(duì)應(yīng)s d r a m 的六種操作：r e a ds i n g l e b e a t 、r e a d b u r s t 、v r i t es i n g l e b e a t 、v r i t eb u r s t 、r e 行e s hr e q u e s t 、e x c 印t i o nr e q u e s t ( 異常處理) ： 各部分r a m 中的數(shù)據(jù)就定義了一種操作的整個(gè)時(shí)序；訪問(wèn)某部分r a m 的內(nèi)容， 將控制m e m o r yc o n t m l l e r 對(duì)s d r a m 執(zhí)行相應(yīng)的操作。m p c 8 5 0 內(nèi)部m e m o r y c o n t r o l l e r 提供兩個(gè)完全一樣的u p m ( 即u p m a 和u p m b ) ，本系統(tǒng)中的s d r a m 使用u p m a 。由于u p m 的存在，使得m p c 8 5 0 可以直接與s d r a m 相連，無(wú)須 另設(shè)邏輯控制電路。 3 i o 口 這罩所指的i ，o 口最終與緩沖模塊上的f i f o 相連。在本應(yīng)用系統(tǒng)的配置中， m p c 8 5 0 將它當(dāng)作一個(gè)控制簡(jiǎn)單的外圍設(shè)備來(lái)訪問(wèn)，所以它與f l a s h 一樣，也 是通過(guò)m p c 8 5 0 內(nèi)部m e m o r yc o n t r o l l e r 中的g p c m ( g e n e r a l 一p u r p o s ec h i p s e l e c t m a c h i n e ) 實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)的。 4 2 2c p m ( c o m m u n i c a t i o n sp r o c e s s o rm o d u l e ) 設(shè)立m e m o r yc o m r o l l e r 和c p m 功能模塊的目的，從根本上說(shuō)是為了分擔(dān) p 0 w e r p c 內(nèi)核的負(fù)擔(dān)，c p m 功能模塊最能說(shuō)明這點(diǎn)。c p m 功能模塊的核心是 一c p ( c o m m u n i c a t i o n sp r o c e s s o r ) ，它實(shí)際上就是一個(gè)3 2 b i t s 的r j s c ( r e d u c e d i n s t m c t i o ns e tc o m p u t e r ) ，它的結(jié)構(gòu)和指令集針對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)通信和處理做了專 門(mén)的優(yōu)化。這樣，由c p m 功能模塊負(fù)責(zé)處理相關(guān)通信的底層任務(wù)，使得 p o w e r p c 內(nèi)核可以專注于處理高層的任務(wù)。就被中斷的情況來(lái)說(shuō)，p o w e r p c 內(nèi)核只有在“幀”一級(jí)的通訊任務(wù)完成時(shí)才需響應(yīng)中斷，而不是在“字符”一級(jí)， 充分利用了系統(tǒng)處理中的任務(wù)級(jí)并行性。 除了c p ，c p m 功能模塊中主要還有雙口r a m 、s d m a ( s e r i a ld m a ) 、全 雙工s c c ( s e r i a lc o m m u n i c a t i o n sc o n t r o l l e r ) 、全雙工s m c ( s e r i a lm a i l a g e m e m c o n t r o u e r ) 、u s b ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) 控制器、s p i ( s e r i a lp e r i p h e r a li n t e r f a c e ) 和1 2 c ( i n t e r i n t e g r a t e dc i r c u i t ) 總線控制器等。 通過(guò)在雙口r a m 中存入相應(yīng)的供c p 執(zhí)行的微代碼，c p m 功能模塊可以支 持多種通信協(xié)議( 有的協(xié)議的微代碼會(huì)固化在c p 內(nèi)部的r o m 中) 。c p m 功能模 塊通過(guò)控制兩個(gè)物理s d m a 通道，可以實(shí)現(xiàn)多達(dá)二十個(gè)虛擬s d m a 通道，這些 通道將用于串行通訊控制器的發(fā)送或接收，其中八個(gè)用于u s b 控制器，四個(gè)用 于全雙工s c c ，余下八個(gè)用于s p i 、1 2 c 總線控制器和s m c 。另外，c p m 功能 模塊還可通過(guò)兩個(gè)物理s d m a 通道實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通用i d m a ( i n d e p e n d e n td m a ) ， 以用于外部存儲(chǔ)器之間或外部存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備之間的傳輸，而在用戶看來(lái)，仿 佛有兩個(gè)專屬的d m a 硬件。s c c 和u s b 控制器均有獨(dú)立的發(fā)送和接收f(shuō) i f o ， s m c 、s p i 和1 2 c 總線控制器發(fā)送和接收部分都是雙緩沖結(jié)構(gòu)。 1 e t h e m e t 本系統(tǒng)通過(guò)s c c 2 實(shí)現(xiàn)e 吐倫m e t 通信，m p c 8 5 0 最多支持兩個(gè)s c c ，每個(gè)s c c 均可被獨(dú)立配置采用不同的通信協(xié)議( 需相應(yīng)微代碼的支持) ，其中常用的有： u a r t 、h d l c 、a d d l e t a l k 、e t h e m e t ( 或i e e e 8 0 2 3 ) ，實(shí)際上s c c 實(shí)現(xiàn)的是各 協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層( 即o s i 參考模型中的第二層) 的功能。s c c 還可以和各種 標(biāo)準(zhǔn)的w a n 、l a n 或非標(biāo)的專用網(wǎng)絡(luò)接口相連。 e t h e m e t 或i e e e 8 0 2 _ 3 是廣泛使用的基于載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入的l a n 協(xié)議， 它們二者非常相似可以共存于同l a n 中。m p c 8 5 0 的s c c 只支持1 0 m b p s 的以太網(wǎng)，工作于e t h e m e t 協(xié)議下的s c c 執(zhí)行協(xié)議中m a c 層的功能。m p c 8 5 0 需外接1 0 m b p s 以太網(wǎng)收發(fā)器，以實(shí)現(xiàn)s c c 的e t h e m e t 通信，我們選用l x t 9 0 5 。 在我們的應(yīng)用系統(tǒng)中，有三種類型的數(shù)據(jù)通過(guò)e t h e m e t 傳輸：打成u d p 包的 m p e g 一2 編碼碼流和控制臺(tái)p c 發(fā)出的兩種數(shù)據(jù)包( 一種是配置m p c 8 5 0 模塊 網(wǎng)絡(luò)通信用的，如i p 地址、子網(wǎng)掩碼等，m p c 8 5 0 收到這種數(shù)據(jù)后作相應(yīng)的配 置；一種是對(duì)m p c 8 5 0 透明的配置數(shù)據(jù)，m p c 8 5 0 收到這種數(shù)據(jù)后將它們?cè)獠?動(dòng)的從連接在s m c 上的r s 一2 3 2 口發(fā)出) 。 2 r s 一2 3 2 本系統(tǒng)通過(guò)s m c 實(shí)現(xiàn)r s 一2 3 2 通信，m p c 8 5 0 最多支持兩個(gè)s m c ，每個(gè) s m c 均可被獨(dú)立配置以下三種通信協(xié)議之一：u a r 工t r a i l s 口a r e m ，和o c i ( g e n e r a l c i r c u i ti n t e r f a c e ) 。事實(shí)上，工作于u a r t 下的s m c 要比同樣工作于 u a r t 下的s c c 簡(jiǎn)單的多，所以通常應(yīng)用中需用到u a r t 通信協(xié)議時(shí)都用s m c 實(shí)現(xiàn)，除非需要用到多于兩個(gè)的u a i 盯通信通道。s m c 提供的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的u a r t 通信常被用作實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中的調(diào)試和監(jiān)控口。在我們的應(yīng)用系統(tǒng)中，兩個(gè)s m c 均用作r s 一2 3 2 通信口，需外接r s 一2 3 2 收發(fā)器，我們選用m a x 3 2 3 2 。 3 e e p r o m 本系統(tǒng)中用一片e e p r o m ( 我們選用a t 2 4 c 1 6 ) 存放m p c 8 5 0 模塊工作時(shí) 所需的網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)，如i p 地址、子網(wǎng)掩碼等。按道理e e p r o m 部分屬于存 儲(chǔ)系統(tǒng)，但因?yàn)閑 e p r o m 是通過(guò)1 2 c 總線與m p c 8 5 0 相連，而1 2 c 總線是屬于 c p m 功能模塊，所以將e e p r o m 放在這里介紹。1 2 c 總線是一種同步總線標(biāo)準(zhǔn)， 在快速模式下最大傳輸碼率為4 0 0 k b p s 。要實(shí)現(xiàn)1 2 c 總線通信，既可以采用硬件 ( 1 2 c 總線控制器) 實(shí)現(xiàn)，也可以利用處理器的兩個(gè)i o 口，用軟件模擬實(shí)現(xiàn)。 前面提到過(guò)，在m p c 8 5 0 的c p m 功能模塊中有1 2 c 總線控制器，但我們?cè)趯?shí)際 應(yīng)用中卻不得不采用軟件模擬的方式。 采用模擬方式主要是基于成本的考慮。前面提到的m p c 8 5 0 所具有的功能 ( 如內(nèi)建1 2 c 總線控制器) 是針對(duì)整個(gè)m p c 8 5 0 家族而言，這些功能實(shí)際上很 多是選件。m p c 8 5 0 家族針對(duì)不同的應(yīng)用推出不同配置的m p c 8 5 0 芯片，這不光 是為了降低芯片成本，也是為了避免浪費(fèi)性能，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中幾乎不可能同 時(shí)用到多個(gè)功能( 即使需要用到，也極易超出m p c 8 5 0 的處理能力) ，對(duì)功能有 所裁減是必然的。根據(jù)我們的應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，型號(hào)為m p c 8 5 0 d s l 的芯片 是性價(jià)比最高的選擇，它的s c c 2 只支持e t n e m e t ，s c c 3 只支持u a r t ，剛好符 合我們的功能要求，然而它沒(méi)有提供1 2 c 總線控制器，而內(nèi)建1 2 c 總線控制器 m p c 8 5 0 芯片因?yàn)橥瑫r(shí)增加了我們不需要的功能而顯得性價(jià)比不高，所以我們決 定采用軟件模擬1 2 c 總線的方式( 模擬1 2 c 總線的程序放在板級(jí)支持包b s p 中) 。 此外還有一好處，針對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)1 2 c 總線通信而編寫(xiě)的應(yīng)用程序肯定不能直接運(yùn) 行于無(wú)1 2 c 總線控制器的m p c 8 5 0 芯片上：相反針對(duì)模擬1 2 c 總線而編寫(xiě)的 應(yīng)用程序則可以直接運(yùn)行于所有m p c 8 5 0 芯片上，代價(jià)是處理器開(kāi)銷增大。 4 3 m p c 8 5 0 模塊b o o t 過(guò)程 圖4 3 一l 看門(mén)狗電路即上電i 疆s e t 電路 m p c 8 5 0 芯片的p o r e s e t 引腳上不少于3 u s 的低電平將觸發(fā)m p c 8 5 0 的上 電r e s e t 操作。我們用看門(mén)狗電路兼作上電r e s e t 電路如圖4 3 一l 所示， m a x 7 0 6 t 是看門(mén)狗芯片，在系統(tǒng)上電時(shí)其第七腳將拉低m p c 8 5 0 的p o r e s e t 引腳。m p c 8 5 0 進(jìn)入上電r e s e t 操作后將首先采樣m o d c k 【1 。2 】這兩個(gè)引腳 ( m o d c k 【l ，2 】引腳上的電平值將決定m p c 8 5 0 內(nèi)部系統(tǒng)鎖相環(huán)的乘數(shù)因子和 系統(tǒng)鎖相環(huán)的參考時(shí)鐘源) ，在我們的應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)鎖相環(huán)的乘數(shù)因子為l ， 參考時(shí)鐘源來(lái)自m p c 8 5 0 的e x t c l i ( 引腳( 該腳接5 0 m h z 的有源晶振) ：當(dāng)系 統(tǒng)鎖相環(huán)進(jìn)入鎖相狀態(tài)，并且p o r e s t 引腳電平變高后，m p c 8 5 0 將其s r e s e t 和h r e s e t 引腳置低電平5 1 2 個(gè)時(shí)鐘周期；然后m p c 8 5 0 將采樣其r s t c f g 引 腳( 該引腳的值決定m p c 8 5 0 從何處得到其初始化參數(shù)值：低電平一從數(shù)據(jù)總 線d 【0 ，3 0 1 上得到；商電平一使用默認(rèn)值) ；在我們的應(yīng)用系統(tǒng)中，r s t c f g 引 腳接地，所以m p c 8 5 0 將隨后采樣其d 【o ，3 0 】引腳，并根據(jù)它們的值來(lái)配置其 初始化參數(shù)。我們對(duì)m p c 8 5 0 作如下初始化配置：使能b 0 0 t 操作，b o o t 口 位寬1 6 b i t s ( 因?yàn)榇娣乓龑?dǎo)程序的f l a s h 是1 6 b i t s 寬度的) ，m p c 8 5 0 內(nèi)部地址空 間基址為0 x f f 0 0 0 0 0 0 。 使能b o o t 操作將使m p c 8 5 0 在采樣完數(shù)據(jù)總線后激活m 鋤o r yc o