TM1300DSP系統(tǒng)的以太網(wǎng)通信接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(精).doc

TM1300 DSP系統(tǒng)的以太網(wǎng)通信接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：介紹了TM1300 DSP 的特點(diǎn)，給出了通過TM1300的PCI接口驅(qū)動(dòng)以太網(wǎng)芯片來實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信接口的設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)將TM1300和以太網(wǎng)結(jié)合起來，因而可以方便地實(shí)現(xiàn)視頻通信，文章詳細(xì)介紹了該方案的軟件和硬件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，最后給出了對模擬數(shù)據(jù)和實(shí)際視頻壓縮碼流的傳送實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 關(guān)鍵詞：PCI總線 TM1300 以太網(wǎng)通信接口 pSOS+內(nèi)核 pNA+1 概述是公司推出的新一代高性能多媒體數(shù)字信號(hào)處理器芯片?；诘膽?yīng)用系統(tǒng)適合于實(shí)時(shí)聲音、圖像處理，可廣泛應(yīng)用于會(huì)議電視、可視電話、數(shù)字電視等應(yīng)用場合。它不僅具有強(qiáng)大的處理能力,同時(shí)還具有非常友好的音頻和視頻以及和等接口，因此可以根據(jù)應(yīng)用的需要靈活地構(gòu)造各種視頻通信系統(tǒng)。鑒于目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及和網(wǎng)上視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展，很有必要為視頻編碼系統(tǒng)開發(fā)一個(gè)以太網(wǎng)接口以拓寬其應(yīng)用范圍。開發(fā)以太網(wǎng)接口的一種合理思路是利用集成的接口來驅(qū)動(dòng)專用的以太網(wǎng)接口芯片。由于目前多數(shù)以太網(wǎng)接口芯片（如-，等）都采用接口，因此，可以用總線將數(shù)據(jù)從傳輸?shù)竭@些專用的以太網(wǎng)接口芯片后，再由它們發(fā)送數(shù)據(jù)，而且可以在嵌入式操作系統(tǒng)中運(yùn)行，同時(shí)由于系統(tǒng)帶有協(xié)議棧?因此可以方便地完成編碼碼流的封裝。根據(jù)以上思路?筆者在進(jìn)行了前期測試的基礎(chǔ)上進(jìn)行了電路板的設(shè)計(jì)?并順利完成了調(diào)試。目前?這個(gè)以太網(wǎng)接口已經(jīng)基本開發(fā)成功。本文將對這個(gè)設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。 及總線接口該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是總線接口?？偩€根據(jù)數(shù)據(jù)位的寬度有位和位之分,位的數(shù)據(jù)線與位是兼容的。機(jī)中常見的是位總線,它的有用引腳總數(shù)是個(gè),可以分成組。第一組是基本功能信號(hào)線,包括位共享數(shù)據(jù)地址線、接口控制線、仲裁線、時(shí)鐘線、系統(tǒng)復(fù)位線、中斷線;第二組是附加功能信號(hào)線,包括錯(cuò)誤報(bào)告線、功能支持線、邊界掃描線;第三組是電源線,包括設(shè)備耗電量標(biāo)識(shí)線、電源線(根)、電源線(根)、地線(根)。因?yàn)椴痪邆涞母郊庸δ苄盘?hào)線所支持的功能和邊界掃描功能,同時(shí)雖然它具有奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤報(bào)告功能引腳,但該腳可以懸空不用。所以,設(shè)計(jì)時(shí)只需考慮第一組功能信號(hào)線的連接即可。接口的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)要點(diǎn)：()總線的仲裁這里先說明兩個(gè)概念。首先，總線是多設(shè)備共享的，由于機(jī)里可以有多個(gè)設(shè)備，所以需要使用仲裁器;其次，設(shè)備有主設(shè)備和從設(shè)備之分，主設(shè)備可以發(fā)起數(shù)據(jù)的傳送?從設(shè)備只能被動(dòng)地響應(yīng)主設(shè)備的操作以對讀操作和寫操作做出響應(yīng)。的仲裁引腳是和，分別為請求線和授權(quán)線，而且只有主設(shè)備有這兩個(gè)引腳。一般情況下，通常和成對地連到仲裁器，而設(shè)備與設(shè)備的和通常是互不相連的。總線的仲裁過程是這樣的：主設(shè)備把電平拉低以表示向仲裁器請求占用總線。經(jīng)仲裁獲準(zhǔn)后，仲裁器把這個(gè)設(shè)備的電平拉低以表示請求獲準(zhǔn)，此后該設(shè)備便可以使用總線了。當(dāng)它不再使用總線時(shí)，應(yīng)使信號(hào)變?yōu)楦唠娖?仲裁器就不再給它分配總線資源。在本系統(tǒng)中，是主設(shè)備，而是從設(shè)備。由于它們不存在共享總線的問題，所以不需要仲裁器，而只是簡單地把和短接即可，這就相當(dāng)于自己給自己授權(quán)。 （）_信號(hào)線在設(shè)備的配置讀寫中的作用有一種特殊的讀寫周期，稱為配置讀寫。這是因?yàn)樵谙到y(tǒng)引導(dǎo)時(shí)，如果沒有給設(shè)備配置或內(nèi)存地址，軟件就只能通過配置來讀寫訪問設(shè)備。配置讀寫有兩種，分別稱為型和型?具體采用哪一種取決于總線的硬件連接。配置讀寫操作不經(jīng)過橋時(shí)，使用型，當(dāng)需要經(jīng)過橋時(shí)，則要用型，型讀寫的地址直接就是總線上的地址，型讀寫的地址則要經(jīng)過橋的譯碼才能成為最終的總線地址。本設(shè)計(jì)中，和是用總線直連的，所以使用型配置讀寫。是總線的共享地址和數(shù)據(jù)線，每一次傳送都分為地址周期和數(shù)據(jù)周期。在地址周期，采用型讀寫時(shí)，的內(nèi)容如下，和總為“”，因?yàn)榕渲米x寫是以雙字為單位的，是要讀寫的配置空間的寄存器號(hào)?是設(shè)備的功能號(hào)?在一塊卡上有多個(gè)功能設(shè)備時(shí)，為了進(jìn)一步區(qū)分不同的設(shè)備就要用到這幾位，由于是單功能設(shè)備，故這幾位全為，是設(shè)備選擇位，其中必須有且僅有一位為“”，如圖所示，這在物理上表現(xiàn)為總線的中有一根為高電平?如果輸出高電平的這根線與某塊卡的 引腳相連，這塊卡就會(huì)被激活，這樣，在緊接著的數(shù)據(jù)周期中，它就會(huì)將其配置空間相應(yīng)寄存器中的內(nèi)容放到總線上以供讀取。（） _、_、_、_引腳的處理上述四個(gè)引腳均是低電平有效，因此需要接上拉電阻，以保證在設(shè)備未驅(qū)動(dòng)該引腳時(shí)處于穩(wěn)定的無效狀態(tài)，上拉電阻的阻值在范圍內(nèi)，阻值越小，則將該信號(hào)驅(qū)動(dòng)為有效的時(shí)間越短，但太小又會(huì)導(dǎo)致電流過大，所以，要權(quán)衡考慮，本設(shè)計(jì)選用。上述三點(diǎn)對脫機(jī)情況下設(shè)備的互連具有較普遍的參考意義，除此之外，本設(shè)計(jì)還有以下比較特殊的幾點(diǎn)：應(yīng)將的，引腳配置為輸入，以便接收的中斷；時(shí)鐘由提供；的復(fù)位信號(hào)也就是的復(fù)位信號(hào)，該信號(hào)由外部電路提供；的 、 引腳懸空，表示不具備相應(yīng)的附加功能。另外，的 、 、 引腳可以用作用戶中斷。軟件設(shè)計(jì)該接口設(shè)計(jì)的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。其中運(yùn)行于，它是一個(gè)簡單的實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)，帶有網(wǎng)絡(luò)組件，其相當(dāng)于協(xié)議棧的擴(kuò)展，它向上可提供應(yīng)用程序編程的接口，向下可定義一個(gè)與網(wǎng)絡(luò)接口層交互的接口，其中包括個(gè)函數(shù)，分別是：_（接口芯片初始化）、_（發(fā)送廣播分組）、_（發(fā)送普通分組）、_（申請發(fā)送緩沖區(qū)）、_（歸還接收緩沖區(qū)）、_（控制操作）、_（統(tǒng)計(jì)量查詢）、（網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)調(diào)用它把接收到的數(shù)據(jù)包提交給）。其中網(wǎng)絡(luò)接口層在本應(yīng)用中就是的驅(qū)動(dòng)程序，它通過硬件抽象層來驅(qū)動(dòng)（硬件抽象層是總線的配置讀寫和讀寫指令集的總稱）。軟件執(zhí)行的流程大致是：系統(tǒng)首先啟動(dòng)，并由它加載網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)程序，然后調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的_函數(shù)，同時(shí)初始化的配置空間并設(shè)置的工作參數(shù)，之后啟動(dòng)用戶任務(wù)。在這里，用戶任務(wù)為編碼進(jìn)程。它對口讀入的源圖像進(jìn)行壓縮編碼后，將調(diào)用的接口函數(shù)（是套接口專用的發(fā)送函數(shù)），然后把碼流發(fā)送給由根據(jù)協(xié)議進(jìn)行封裝后，再調(diào)用_函數(shù)，并由_完成數(shù)據(jù)包從系統(tǒng)主內(nèi)存到片上的拷貝，然后啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。在接收情況下，收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包后會(huì)用中斷通知，然后由執(zhí)行中斷服務(wù)程序。當(dāng)中斷服務(wù)程序?qū)?shù)據(jù)包從片上中拷貝到系統(tǒng)的主內(nèi)存后，系統(tǒng)將調(diào)用函數(shù)并把數(shù)據(jù)塊的指針、數(shù)據(jù)長度和其它信息提交，最后由將數(shù)據(jù)包沿協(xié)議棧一層層上傳并作出相應(yīng)的處理。軟件的設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)的關(guān)系比較密切，限于篇幅，本文不對作詳細(xì)介紹，。本文接下來重點(diǎn)介紹配置空間的配置過程，這部分對于類似的設(shè)計(jì)有較普遍的參考意義。配置空間有個(gè)字節(jié)，片內(nèi)的這些寄存器存儲(chǔ)了該芯片的廠商號(hào)、設(shè)備號(hào)、設(shè)備類型等重要代碼，還包括命令寄存器、基地址寄存器等控制其總線行為的寄存器，它們必須在設(shè)備初始化時(shí)正確配置，否則設(shè)備不能工作。對 空間的配置需要三個(gè)步驟：首先是掃描總線，這一步的目的是找到-的配置地址，直觀地講，就是找到它的_引腳和哪根線相連，因?yàn)楹罄m(xù)的配置寫要根據(jù)這個(gè)地址來尋址。掃描總線時(shí)，要對到每根線進(jìn)行一次掃描，如果哪根線連接了一個(gè)設(shè)備的 引腳，那么用配置讀函數(shù)讀取配置空間的號(hào)寄存器時(shí)，應(yīng)該返回該設(shè)備的設(shè)備和廠商代碼，如果這根線實(shí)際未連接設(shè)備，則返回值是。已知的設(shè)備和廠商代碼是“”，如果返回值與之相同，說明找到了，這時(shí)要記下這根線的序號(hào)。例如，在硬件上把的 和相連，則掃描到的序號(hào)就應(yīng)該是“”。其次，用配置寫函數(shù)配置讀寫使能，即在寄存器中寫入“”。最后，用配置寫函數(shù)配置地址，也就是在寄存器寫入分配給該設(shè)備的地址（例如“”）。具體程序流程圖如圖所示。4 調(diào)試結(jié)果根據(jù)以上設(shè)計(jì)，筆者在原視頻編碼硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入了接口，并編寫了下的驅(qū)動(dòng)程序。然后，在這個(gè)硬件平臺(tái)上對的驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行了數(shù)據(jù)傳送測試。筆者首先用一個(gè)單獨(dú)的發(fā)送任務(wù)進(jìn)行發(fā)送速率測試。這個(gè)任務(wù)主要是高速地向網(wǎng)絡(luò)上的一臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的大小是變長的。接收并對丟包數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果如表所列。實(shí)驗(yàn)表明，在用網(wǎng)線直連的各種測試速率情況下都沒有出錯(cuò)，而當(dāng)接入局域網(wǎng)后，在發(fā)送速率為時(shí)有突發(fā)的少量錯(cuò)誤。由于是不可靠的傳輸方式,所以這種錯(cuò)誤是正常的。測試中，發(fā)送的最高速率可以達(dá)到左右，它與硬件的最高速率（）相比還有一定差距，主要原因是數(shù)據(jù)從系統(tǒng)主內(nèi)存到片上的拷貝過程目前尚未采用方式，這是需要改進(jìn)的地方。表1 丟包數(shù)統(tǒng)計(jì)表（單位：丟包個(gè)數(shù)/分鐘）連接方式發(fā) 送 速 率800kbps1.8Mbps4.5Mbps網(wǎng)絡(luò)直連000接入局域網(wǎng)002.5接下來筆者進(jìn)行了編碼和傳送的聯(lián)合測試。編碼任務(wù)執(zhí)行數(shù)據(jù)壓縮后，把碼流從以太網(wǎng)接口發(fā)出，然后在網(wǎng)絡(luò)上的另一臺(tái)上接收這個(gè)碼流，并進(jìn)行解碼播放。通過調(diào)整編碼器的量化步長可以控制編碼的輸出碼率。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下發(fā)現(xiàn)?在量化步長大于等于、碼率在以下時(shí)，基本沒有丟包現(xiàn)象，解碼得到的圖像比較穩(wěn)定，而當(dāng)量化步長進(jìn)一步減小，碼率接近時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，解碼的圖