（信号与信息处理专业论文）多模式无线视频终端升级与扩展的若干技术实现.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 摘要 本文基于一种多模式无线视频传输原型系统，研究了其中无线视频终端进一步升 级与扩展的若干技术关键问题及其实现，包括无线模块硬件接口、多网络传输模式切 换及嵌入w e bs e r v e r 等三个部分，以提高系统的传输性能和灵活性。 硬件接口的主要研制工作是把原来的g p r s 模块升级为e d g e g p r s 模块，并且将 无线视频终端的通信接口板进行升级改造。文中详细叙述了基于e d g e 模块和双 c d m a 模块的新的通信接口板电路和底层驱动软件设计，以及启动电路设计、波特率 匹配配置、利用a t 命令对模块进行设置等方面技术内容；然后描述了利用有限状态 机实现基于p p p 的底层驱动；最后通过在e d g e 网络中的实际带宽测试及视频传输测 试，验证了工作的正确性。 多网络传输模式切换的研究是在原系统w l a n g p r s 和w l a n c d m a 等两种双 模式切换的基础上，结合多网络接口技术实现w l a n g p r s c d m a 等三种网络模式间 的切换。论文中给出了动态添加多网络接口的方法，比较分析了三种g p r s 、c d m a 传输模式掉线后的及时检测方案，并结合原型系统的传输特性选取了基于定时握手机 制的检测方法。最后利用拔插s i m 卡的测试方法对所选择的切换方法进行了测试。 针对实际应用的需要，通过在无线视频终端中嵌入w e bs e r v e r ，增加了系统的在 线维护功能，可以基于b s 方式，在网络显示终端进行基于w e bs e r v e r 的现场参数配 置、固件升级以及b r o w s e r 视频浏览等。本文中详细地叙述了嵌入w e bs e r v e r 的实现技 术，以及系统关键参数的现场配置等。 最后，本文对工作进行了总结，并且给出了对改进系统w l a n 接口的升级方案的 技术思路。 关键词：无线视频传输，e d g e ，网络模式切换，w e bs e r v e r ，t m l 3 0 0 ，p p p ， c d m a ，w l a n 南京邮电大学硕士研究生学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h i st h e s i s ，b a s e do nap r o t o t y p em u l t i - m o d ew i r e l e s sv i d e ot r a n s m i s s i o ns y s t e m , f o c u s e so nt h et e c h n i q u e sa n dt h e i rr e a l i z a t i o no ft h eu p d a t i n ga n de x t e n d i n go ft h e w i r e l e s sv i d e ot e r m i n a l ，i n c l u d i n gt h ei n t e r f a c eo fw i r e l e s sm o d u l e ，m u l t i m o d en e t w o r k s w i t c h i n g ，a n dt h ee m b e d d i n go fo n b o a r dw e bs e r v e r , s oa st oe n h a n c et h et r a n s m i s s i o n p e r f o r m a n c ea n da p p l i c a t i o nf l e x i b i l i t yo ft h es y s t e m f i r s t l y , t h eh a r d w a r ei n t e r f a c ei su p g r a d e df r o mg p r sm o d e mt oe d g e g p r s m o d e m ，a n dt h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eb o a r di su p d a t e dt oan e wv e r s i o n d e t a i l so nt h e d e s i g n i n go ft h en e wc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eb o a r dw i t he d g em o d e ma n dd u a l c d m a m o d e ma n dt h eh a r d w a r ed r i v e r sa r ed e s c r i b e d ，a sw e l la u st h ed e s i g no fi g n i t i o nc i r c u i t ， c o m p a t i b l eb a u dr a t es e t t i n g s ，a n dm o d e mc o n f i g u r i n gw i t ha tc o l n u l a n da tb o o t i n gs t a g e l a s t l y , p r a c t i c a lt e s t sa r ec a r r i e do u to ne d g en e t w o r k , w h i c hd e m o n s t r a t e st h e e f f e c t i v e n e s sa n dc o r r e c t n e s so ft h en e wd e s i g n t h es t u d yo nm u l t i n e t w o r ks w i t c h i n gi sc a r r i e do nt h eb a s eo ft h ew l a n g p r sa n d w l a n c d m as w i t c h i n gs c h e m e s o ft h e p r o t o t y p es y s t e m ，a n di tr e a l i z e d t h e w l a n e d g e c d m at r i - m o d e s w i t c h i n gb yu s i n gd y n a m i c a l l yi n s e r t i n g n e t w o r k i n t e r f a c e t e c h n i c a lk e yp o i n t sa l ed e s c r i b e d ，s u c ha st h es t e p so fd y n a m i c a l l yi n s e r t i n g n e t w o r ki n t e r f a c e s ，i n s t a n td e t e c t i o no fo f f - l i n es t a t u sa n dr e - d i a l i n g a tl a s t ，m o d e s w i t c h i n gi st e s t e db yp l u g g i n gi na n do f fs i mc a r d ，w h i c hp r o v e st h ee x p e c t e ds w i t c h i n g f u n c t i o n a l i t y a sf o rt h ep r a c t i c a l r e q u i r e m e n t s ，o n l i n em a i n t e n a n c ef u n c t i o ni sa d d e do nb y e m b e d d i n gw e bs e r v e ri nt h ew i r e l e s sv i d e ot e r m i n a l w e b b a s e do n - l i n ep a r a m e t e r s c o n f i g u r a t i o n ，c o m p o n e n t su p d a t i n ga n dv i d e ob r o w s i n gc a nb ep e r f o r m e da tn e t w o r k d i s p l a yt e r m i n a lt h r o u g hb sm a n n e r f i n a l l y , t h es u m m a r yo ft h ew o r ki sg i v e n ，a n dd i r e c t i o no nu p d a t i n gt h ew l a n i n t e r f a c eo ft h es y s t e mi sd i s c u s s e d 鹤w e l l k e yw o r d s ：e d g e ，w e bs e r v e r , w i r e l e s sv i d e oc o m m u n i c a t i o n , m u l t i m o d e ， t m l3 0 0 ，p p p , c d m a ，w l a n i i 南京邮电大学硕上研究生学位论文专业术语表 淑 b i u b s c b s p b t s c d m a c h a p c p l d c r c c s d c t s d c e d i a d s p d s r d t e d t r e d g e e i a e t s i f c s g r p s g u i h d l c h l r i i c i p c p i p x i s a i s l i s o i s p i s r 专业术语表 a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c o l 地址解析协议 b u si n t e r f a c eu n i t 总线接口单元 b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r 基站控制器 b o a r ds u p p o r tp a c k e t 板级支持包 b a s et r a n s c e i v e rs t a t i o n 基站收发信机 c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 码分多址 c h a l l e n g e h a n d s h a k ea u t h e n t i c a t i o np r o t o c o l 挑战握手验证协议 c o m p l e xp r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e s 复杂可编程逻辑器件 c y c l i c a lr e d u n d a n c yc h e c k 循环冗余码校验 c 沁u i ts w i t c hd a t a电路交换数据 c l e a rt os e n d 清除发送 d a t ac o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t 数据通信设备 d m a d i r e c tm e m o r ya c c e s s 直接存储器存取 d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r 数字信号处理器 d a t as e tr e a d y 数据准备好 d a t at e r m i n a le q u i p m e n t 数据终端设备 d a t at e r m i n a lr e a d y 数据终端就绪 e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n 增强型数据速率g s m 演进技 e l e c t r i c a li n d u s t r ya s s o c i a t i o n 电子工业协会 e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e欧洲通信技术委员会 f r a m ec h e c ks e q u e n c e 帧检验序列 g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e 通用分组无线业务 g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e 图形用户界面 h i g hl e v e ld a t a l i n kc o n t r o l 高级数据链路控制 h o m el o c a t i o nr e g i s t e r 归属位置登记器 i n t e r - i n t e g r a t e dc i r c u i t 内部综合电路 i pc o n t r o lp r o t o c o li p 控制协议 i n t e r n e tw o r kp a c k e te x c h a n g e 网间分组交换 i n d u s t r ys t a n d a r da r c h i t e c t u r e 工业标准结构 i n t e r f a c es p e c i f i cl a y e r 特定接口层 i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o rs t a n d a r d i z a t i o n 国际标准化组织 i n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r 因特网服务提供商 i n t e r r u p ts e r v i c er o u t i n e 中断服务程序 南京邮电人学硕士研究生学位论文专业术语表 i t u j t a g l a c l c p l s r m r u m s r m s c n c p n i o m c o s i p a p p d p p d s n p d u r h r i u s c r p c r t s s d r a m s s i u k 呱 t d i a t h r i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n 国际电信联盟 j 0 i n tt e s ta c t i o ng r o u p 联合测试行动小组 l i n ka c c e s sc o n t r o l 链路接入层 l i n kc o n t r o lp r o t o c o l 链路控制协议 l i n es t a t u sr e g i s t e r 线路状态寄存器 m a x i m u mr e c e i v eu n i t 最大接收单元 m o d e ms t a t u sr e g i s t e rm o d e m 状态寄存器 m o b i l es w i t c h i n g 移动交换中心 n e t w o r kc o n t r o lp r o t o c o l 网络控制协议 n e t w o r ki n t e r f a c e 网络接口层 o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ec e n t e r 操作维护中心 o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n 开放系统互联 p a s s w o r da u t h e n t i c a t i o np r o t o c o l 密码认证协议 p a c k e td a t ap r o t o c o l 包数据协议 p a c k e td a t as e r v i c en e t w o r k 分组数据服务器 p r o t o c o ld e s c r i p t i o nu n i t 协议描述单元 r e c e i v eh o l d i n gr e g i s t e r 接收保持寄存器 r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p u t i n g 精简指令集 r e m o t ep r o c e d u r ec a l l 远程程序呼叫 r e q u e s tt os e n d 发送请求 s y n c h r o n o u sd y n a m i cr a n d o ma c c e s sm e m o r y同步动态随机存储器 s y n c h r o n o u ss e r i a li n t e r f a c e 同步串行通信接口 u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v e rt r a n s m i t t e r 通用异步接收器发送器 t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 时分多址接入 t r a n s m i t t e rh o l d i n gr e g i s t e r 发送保持寄存器 4 7 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名： 名：鳓吼毕l l i 南京邮电大学硕上研究生学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 无线i p 网络的实时视频传输 实时视频传输首先是在固定网络上开展起来，比如基于i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e d i g i t a ln e t w o r k ，综合业务数字网) 、p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ，公 共电话交换网络) 、e 1 专线的可视电话、视频监控系统等等。它们的优势在于通信链 路的带宽资源比较充足，传输质量比较好，但是，视频通信的双方必须在固定的场所 进行。 随着无线通信技术的飞速发展，各种新的技术趋向融合，无线视频通信业务的开 展呈现出无限的生机和可能性。继g i 冲s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用分组无 线业务) 和c d m a l x ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，码分多址) 等2 5 代移动通信 系统在我国成功商用之后，2 7 5 代的g p r s 的升级版e d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t ef o r g s me v o l u t i o n ) 也相继在各地布网，第三代( 3 g ) 移动通信系统也呼之欲出。 在公共移动通信技术和业务取得巨大发展的同时，w l a n ( w i r e l e s sl o c a la r e a n e t w o r k ，无线局域网) 标准化已经相继完成了i e e e8 0 2 1 l a ，b ，g 等规范，可提供 速率从1 m b p s 到5 4 m b p s ，成为无线接入的另外一个重要的手段。目前的公共无线移 动网络g p r s e d g e 、c d m a l x 等提供了大范围低码率的无线移动接入通信网络，而 w l a n 提供了在较小范围内的高速无线接入i n t e m e t ，两者相互补充，为无线多媒体 视频流的传输提供了必要的网络通信基础。 由上述技术产生的无线i p 和无线视频业务必将成为未来移动通信业务新的增长 点。在此种情况下，人们很自然地会联想到将视频技术与移动通信技术相结合。移动 通信技术摆脱了有线的束缚，成为追求自由通信的重要手段。无线视频通信使得人们 能够对移动目标进行大范围、实时、全天候监控调度。例如，对地域广泛、机动性强、 数量众多的移动目标有效监控、紧急救援和各种信息服务的需求，在客运、公安、银 行、物流管理等行业表现得尤为突出。 然而，视频通信业务的数据量非常大，视频信号携带的很多信息是无法用其他形 式的信号( 如文本、音频甚至静止图像等) 加以描述的，因此传输视频信息要求网络 提供较高的带宽。对于移动通信系统来说，无线信道的带宽资源是一种宝贵的资源， 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 想要在有限的带宽情况下传输大量的数字视频信号就需要采用某种极低比特率的视 频压缩编码算法，实现高效压缩。 视频压缩技术在近十多年取得了很大的发展，i t u ( i n t e r n a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，国际电信联盟) 和i s o ( i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o r s t a n d a r d i z a t i o n ，国际标准化组织) 制定了许多视频压缩编码标准，如i t u t 的h 2 6 1 、 h 2 6 3 和i s o h e c 的m p e g 1 和m p e g 2 ( m o v i n gp i c t u r ee x p e r t sg r o u p ，运动图像专 家组) ，及其两大组织最近联合推出的h 2 6 4 。这些标准覆盖了很大的视频速率范围 和应用领域，支持不同速率、不同图像质量要求的视频业务，能够满足包括电视会议、 视频电子邮件、可视电话、广播级视频应用等不同要求的业务。 1 2 多模式无线视频传输原型系统框架 多媒体芯片技术的发展日新月异，t i 、a d s p 、p h i l i p s 等公司纷纷推出各种高性 能的多媒体应用d s p 芯片。t m l 3 0 0 t 1 】是p h i l i p s 公司生产的t r i m e d i a 系列高性能多媒 体d s p 芯片的第三代产品，它集成了一个能高效处理多媒体信号的d s pc p u 和多个 以d m a 方式工作的视频、音频信号接口。用t m l 3 0 0 可以灵活地构造各种多媒体应 用系统，它在可视电话、视频监控、视频采集等领域都有着广泛的应用。 目前在视频编码、媒体信号处理器等技术方面已经可以满足实时传输的要求，但 是目前移动网络的状况限制了无线视频传输的应用范围。当前中国移动的g s m g p r s ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e ，全球移动通信系统网络) 覆盖范围最广，但其实际传输 速率约1 0 - - 2 0 k b p s ，其升级版e d g e 传输速率约3 0 k b p s ：中国联通的c d m a 网络 覆盖次之，提供的速率约3 0 - - 9 0 k b p s ，而w l a n 网络一般为企事业单位的内网和电 信部门设定的热点地区，速率可达数百k b p s 以上，但覆盖范围最小。可见，利用单 一无线接口的通信必将受到网络覆盖及传输带宽的限制，覆盖范围广的网络通信带宽 有限，高带宽的网络覆盖范围有限。如果能设计一个高效的、集多种无线通信接口于 一身的、能适应各种不同无线网络传输、甚至能在多种无线网络间智能切换的多模式 无线视频通信系统无疑具有重要的研究意义和应用前景。 基于以上考虑，南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室在研制基于 高性能多媒体d s p 的无线视频传输系统工作基础上，研制成功了多模式无线数字视 频传输原型系统【2 】- 【7 1 。该系统拥有g p r s e d g e 、c d m a 和w l a n 等多种无线网络 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 接口的，能够智能选择当前可利用的最佳无线网络的进行实时视频传输。系统框架如 图1 1 所示。包括四个主要部分：( 1 ) 无线视频终端；( 2 ) 无线接入和传输网络( w l a n 、 c d m a 、g p r s 以及内网、i n t e m e t ) ，传输基于t c p i p 协议；( 3 ) 视频服务器，包括 公网( i n t e m e t ) 视频转发服务器和内网( i n t r a n e t ) 视频代理服务器；( 4 ) 视频显示 终端。其中： 多模式无线 视频终墙 图1 1 多模式无线通信系统框架 无线视频终端：外接彩色p a l 制摄像机，具有实时视频采集、视频编码、公共 无线网络接入和w l a n 接入等功能，可以工作于g p r s e d g e 、c d m a l x 和w l a n 网络的任一、二者或三者的组合，通过软件的控制，根据所处位置的网络状况在多种 无线网络中进行自动切换，选择当前可用高带宽网络进行视频传输。当无线终端在无 线局域网服务范围内移动时，经过w l a n 接入内网实现高速视频传输，而一旦它超 出无线局域网的服务范围，则由公共移动网络提供视频传输途径。 公网视频转发服务器：设立在具有公网i p 地址的p c 机上，提供无线视频终端自 公共无线网络，经i n t e m e t ，到达内网视频代理服务器的视频流和控制流转发功能。 服务器保存着在线无线视频终端和显示终端的网络维护信息，包括无线视频终端i d 、 i p 地址、端口号，以及内网视频代理服务器i p 地址和端口号等。基于这些信息，服 务器为视频流和指令信息提供转发通道。 内网视频代理服务器：设立于内网且可以连接到公网的一台p c 机上，提供公网 视频转发服务器到显示终端的视频流和控制流转发功能，并且作为所有显示终端与公 网连接的代理。服务器保存着无线视频终端i d 、i p 地址、端口号，以及所有请求的 显示终端i p 地址和端口号等。基于这些信息，服务器为视频流和指令信息提供转发 通道。 显示终端：内网上任何一台p c 机，主要完成视频流的解码显示功能，并可以实 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 现硬盘存储与回放。同一网段中，第一个与内网服务器连接的显示终端同时成为本网 段的组播源。具有管理员权限的p c 机通过人机接口接收用户的指令，控制无线视频 终端的图像尺寸和量化步长等质量参数。 该原型系统为进行实时无线视频的理论研究和应用系统开发提供了较完整的软 硬件实验平台，但仍然存在一些值得进一步改进和完善之处。 首先，在无线接口上，目前国内许多移动公司已经将g p r s 升级到e d g e ，提供 了更高的传输速率，以满足视频传输的要求，因此，对实验系统进行g p r s e d g e 模 式的改进具有更好的实际应用价值：其次，原系统在设计中只考虑了两种无线传输模 式的组合，例如g p r s w l a n 、c d m a w l a n 等，为了使该系统具有更好的环境适 应能力，应该考虑g p r s e d g e c d m 刖w l a n 的多模式同时支持功能：最后，原系 统在维护方面没有进行充分的考虑，系统的参数需要在软件下载前配置好，编译后被 固定和下载到f l a s h 中，因此从增加系统的灵活性和实用性的角度看，需要对在线 维护功能进行开发。 以上所述的问题即为开展本文工作的动机。 1 3 本文主要工作与内容安排 针对以上所述原型系统存在的问题，本文详细阐述了对该系统进行相应的改进工 作，包括无线视频终端的硬件接口、传输模式切换及嵌入w e bs e r v e r 等三个部分。其 中，硬件接口主要是把原来的g s m g p r s 升级为g s m g p r s e d g e 单元：传输模式的 切换是在原来w l a n 与g p r s c d m a 双模切换的基础上，利用多网络接口实现 w l a n 、g p r s 与c d m a 三模式间的切换；最后在无线视频终端上中嵌入w e bs e r v e r ， 增加了系统的在线维护功能，实现了系统参数的在线配置。 本文的内容安排如下： 第一章本文的课题背景和内容安排。 第二章多模式无线视频传输原型系统硬件结构，分别对无线视频终端中的硬件 组成单元及t m l 3 0 0 总线进行了介绍。 第三章基于e d g e g p r s 的通信接口设计，包括基于e d g e g p r s 模块的新的 通信接口板设计和基于p p p 的底层驱动程序设计，通过e d g e 网络的传输性能测试 和实时视频传输测试，对新设计进行了验证和分析。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第四章利用多网络接口实现w l a n 、g p r s 与c d m a 三模式间切换方案。 第五章基于w e bs e r v e r 的系统在线维护方案，在无线视频系统终端软件中加入 嵌入式w e bs e r v e r ，完成了基于w e bs e r v e r 在线参数配置。 第六章对全文进行总结，并提出了对本文工作的改进方向和建议。 南京邮电学院硕士研究生学位论文第二章多模式无线视频传输原型系统硬件结构 第二章无线视频传输系统硬件结构 本文对原型系统的改进主要是在无线视频终端部分，本章将分别对无线视频终端 中的硬件组成单元以及进行通信接口扩展需要的p c i 总线和p c i x i o 接口进行介绍， 最后提出了对原型系统改进的构想。 2 1 无线视频终端硬件组成单元 无线视频终端是多模式无线视频传输系统的关键部分，其硬件设计围绕p h i l i p s 公司的高性能媒体处理器t m l 3 0 0 为核心处理器展开。 无线视频终端的硬件系统如图2 1 所示，包括t m l 3 0 0 及其他1 3 个功能模块单 元：启动单元、s d r a m 、b o o tr o m 、程序f l a s hm e m o r y 单元、视频输入( v i ) 、视 频输出( v o ) 、j t a g 调试单元、i o 扩展单元、g p r s 模块单元、c d m a 模块单元、 w l a n 模块单元、p c i 总线仲裁单元和电源供给单元。在设计中出于重用性和成本的 考虑，采用了硬件设计分离的思想，将系统分为核心板与通信接口板两部分( 如图 2 2 a 、b ) 。核心板只包括t m l 3 0 0 及视频编码所必须的其他硬件部分，如s d r a m 、 e e p r o m 、f l a s hm e m o r y 、v i d e oa d 、v i d e od a 、系统启动模块等。t m l 3 0 0 其 余的扩展接口均通过导线外扩，如p c i 、j t a g 、s s i 、音频相关接口、电源接口等。 这样，同一块核心板可以适用于不同的通信平台，只需根据实际需要设计相应的通信 接口板，并对t m l 3 0 0 上运行的编码程序和通信驱动程序进行适当调整即可。核心板 扩展的p c i 接口既可在p c i 模式下连接众多支持p c i 接口的外设芯片实现高速通信， 又能以p c i x i o 模式方便地控制简单8 位外设，增加了核心板的可重用性，而且便 于调试。 通信接口板通过p c i 总线扩展p c i 插槽，连接无线网卡；通过p c i x i o 扩展串 口，进而扩展g p r s 、c d m a 模块接1 2 1 。原系统中，通信接1 2 1 板上以r t l 8 1 8 0 1 0 】网 卡芯片实现了w l a n 无线接1 ：3 、以无线模块m c 3 5 1 1 】实现了g p r s 、以无线模块 q 2 3 5 8 1 2 】实现了c d m a 。 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章多模式无线视频传输原型系统硬件结构 8 4 0 v 2 5 v 3 3 v 3 8 v 5 0 v 图2 1 无线视频终端的硬件系统 j t a gs s i p c ! 总线电源音频 ili j t a gs s ip c ! 总线电源音频 is d r a m 卜_r e s e ti e e p r 。m 卜- h c t m l 3 0 0 v 。 v 柚l if u s h 卜- p c i x i ov o v 叭i 调 试 接 口 j t a g 图2 - 2 a 核心板硬件框架 p c i p c i x i o 图2 - 2 b 通信接口板硬件框架 7 电 源 模 块 电源 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章多模式无线视频传输原型系统硬件结构 2 2t m l 3 0 0p c i 总线概述 本文对原系统的改进是在无线视频终端通信接口板部分，主要是对t m l 3 0 0 的 p c i 接口进行扩展，因此必须对t m l 3 0 0 的p c i 总线及p c i x i o 接口有深入的了解。 下面将分别对p c i 总线的架构、操作及p c i x i o 接口进行介绍。 2 2 1p c i 总线的结构 t m l 3 0 0 集成了一个符合p c i2 1 规范的p c i 接口，总线数据宽度为3 2 位，最高 时钟频率可达3 3 m h z ，峰值吞吐率可达1 3 2 m 字节秒，共有1 2 0 根信号线，它们的 分类如图2 3 ( 注：引脚名后面打“群”号表示这个信号低电平有效) 。左边是必备的 引脚，右边是可选的信号引脚，此外总线上还分布了电源引脚，分别是设备耗电量标 示线、3 3 v 电源线、5 v 电源线、地线。 必备的引脚 地址数据线 接口控制信号 错误报告信号 仲裁信号 系统信号 一a d3 1 ：0 0 l 一 a d 6 3 ：3 2 一 - 一 一c b e l 3 ：0 1 # 一一c b e l 7 ：4f 一 一 p a r 。p a r 6 4 一 一 r 一 r p e 0 6 4 # 一 f r a m e 拌一 一 r a c k 6 4 # 一 一 t r d y 抖 一 1 r 一 i r d y i。勺 l o c k 筇一 一 s t o p f 一 ni n t a 捍 一 h 一d e v s e 肼一 l n t b i l d s e l f 。豇 i n t c 捍 一 一 龄 l n t d 撑 一 p e r r 牟 一 嫦 一 s b o # 一 一 s e r r f 一 1_- 一 一 螭 一s d o n e 一 一 r e q 岸 t d l g n t 拌 一 一 t d o 一 c l k 一 t c k t m s r s t 撑 一 t r s t 撑 “位总线扩展信号 ) 接口控制 中断信号 c a c h e 支持信号 边界扫描信号 图2 - 3p c i 总线引脚的分类 p c i 总线是多设备共享的，p c i 设备有主设备和从设备之分，主设备可以对其他 p c i 设备主动发起读写操作，同时也可以响应其他主设备对本设备发起的读写操作。 从设备只能响应其他设备对本设备的读写操作。当总线上存在多个主设备时需要有总 线仲裁器，以保证在任一时刻只有一个p c i 主设备占用总线。每个p c i 主设备都有一 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章多模式无线视频传输原型系统硬件结构 对仲裁信号，分别是r e q # 和g n t # ，主设备用r e q # 弓i 脚提出请求，仲裁器用g n t # 引脚给出仲裁授权。图2 - 4 是有多个p c i 主设备的p c i 系统。 t m l 3 0 0 p c ib u s 仲裁器 p c i 设备ailp c i 设备bllp c i 设备c 2 2 2p c i 总线的操作 图2 - 4 多p c i 主设备的p c i 系统 p c i 总线的每次传送由地址相和数据相组成，在地址相，a d 线上是目的地址， c b e 3 0 】线上给出总线命令：在数据相，a d 线上是数据，c b e 3 0 】线上是比特使 能标示，用来表示数据传输的宽度是字节、字、还是双字。 总线传送需要f r a m e # ，i r d y # ，t r d y # ，d e v s e l # 这几个信号的配合。f r a m e 撑 信号是帧同步信号，由传送发起设备驱动，一帧代表总线上的一次传送，f r a m e # 信号必须持续有效到最后一个数据相。一个传送帧总是以地址周期开始的，其后跟一 个或多个数据周期。 c l k f r a m e 群 a d c b e 捍 i r d y 牟 t r d y 捍 d e v s e l 拌 厂 i厂_ - 厂- 厂- 厂 l- _ 厂。 i234 5 6789 l| a p - - - 参 r 一书i - ki莺i c ， i 冒 辱!垂 一a t - 蚕 一s r - 蚕i p - ,耋 一中彳；i ：圣 彳 三 一a 舌舌!舌 rl l i 。 i 一一 a d d r e s sd a t ad a t ad a t a h a s e p h a s e s ep h a s e 卜一c 噜 图 总线传送时序图 在地址周期，总线上的设备将自己的映射地址与线上的目的地址进行匹配， 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章多模式无线视频传输原型系统硬件结构 并检查总线命令，如果发现自己是这个操作的目标设备，就使d e v s e l # 信号有效， 表示目标设备选中。d e v s e l # 信号可以在地址周期后1 、2 、3 个时钟周期内被驱动 有效，目标设备必须在使别的应答信号有效之前驱动d e v s e l # 信号有效，而且 d e v s e l # 信号在整个传送周期要一直保持有效。 i r d y # 信号和t r d y # 信号是传送发起设备和目标设备在数据相期间协调数据传 送的信号，i r d y # 信号表示传送的发起设备准备就绪，由发起设备驱动，t r d y # 信 号表示目标设备准备就绪，由目标设备驱动。如果在某一时钟周期i r d y # 信号有效 而t r d y # 信号无效，说明目标设备没有准备好，相当于目标设备插入了一个等待周 期，反之，如果t r d y # 信号有效而i r d y # 信号无效，则是主设备插入了一个等待周 期，在两个信号同时有效的时钟周期就进行一个数据传送相位。 和其他p c i 总线操作相比，配置读写的寻址比较特殊，要用到设备的i d s e l 引 脚，这个引脚充当配置读写周期中目标设备的片选信号。 图2 5 是p c i 总线的读传送时序示意图，是一个多数据相的总线传送。当设备经仲 裁获得总线的使用权后，它将f r a m e # 信号拉低，并于同一时钟周期在a d 线上给出 目标设备的总线地址，同时在c b e # 线上给出总线命令，其他p c i 设备解码总线上的 地址和命令，如果发现自己是该操作的目标设备，则将d e v s e l # 信号的电平拉低， 然后在i r d y # 信号和t r d y # 信号同时有效的每个时钟周期，就完成一次数据传送， 如果是单数据相的传送，主设备在地址周期结束后使f r a m e # 信号无效，如果是多数 据相的传送，则主设备在最后一个传送周期开始前使f r a m e # 信号无效。 2 2 3p c i x i o 接口 刑1 3 0 0 通过o 总线控制器在它集成的p c i 接口上扩展了一个o 接口，通 过x l o 接口t m l 3 0 0 可以方便地实现对8 位简单外设的无缝连接。它拥有完全的p c i 2 1 特性：总线数据宽度为3 2 位，最高时钟频率3 3 m h z ；提供简单的非复用8 位数 据，2 4 位地址x i o 总线，支持6 8 k 、x 8 6 风格控制信号：有内部或外部可编程时钟 源：0 - 7 个可编程等待周期，以适应慢速x l o 设备；支持单字节读写和d m a 读写。 图2 - 6 是p c i x l o 总线设备示意图。在x i o 总线操作进行时，x l o 总线控制器 作为x l o 总线的代理，负责为p c i 总线接口单元( b i u ) 产生d e v s e l # 信号，当收 到p c ib i u 的i r d y # 信号时，它使能i n t b # 信号，可以作为所有x i o 设备的全局片 l o 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章多模式无线视频传输原型系统硬件结构 选信号c s # 。p c ib i u 重新配置了p c i 的3 2 位地址数据线，将低2 4 位作为x i o 总 线的地址线，高8 位作为x i o 总线的数据线。把p c i 的命令l i , 特使能信号c b e 0 # 和c