（检测技术与自动化装置专业论文）基于车载视音系统的tcpip网络接口的设计.pdf

基于车载视音系统的t c p i p 接口的设计 摘要 随着我国汽车产业的迅速发展，国内汽车电子产业增速迅猛。车载视音系 统作为汽车电子的一个新兴产业，正呈现蓬勃发展的趋势。随着网络技术的发 展，信息共享程度的不断提高，在车载视音系统中实现网络连接功能是具有工 程应用价值的。 本文所作的主要工作为： 1 设计了多媒体微处理器芯片v i r g i n e g 2 与网络控制器芯片r t l 8 0 1 9 a s 的硬 件网络接口电路。 2 嵌入式实时操作系统p c o s i i 具有源码开放，内核简单，能够裁减，实 时性好的优点。通过改写此o s - i i 与v i r g i n e g 2 相关的代码，将该操作系统移植 至l j v i r g i n e g 2 上。 3 l w i p 是个比较完备的嵌入式t c p i p 协议栈，具有开源，易移植的优点。 由于p c o s i i 本身不具备网络功能，将l w i p 协议栈移植到此o s - i i 操作系统上， 并对网卡驱动程序进行相应的改写，使p c o s i i 成为支持网络的操作系统。 本文以嵌入式实时操作系统灿c o s i i 为系统的软件平台，以多媒体微处理 器芯片v i r g i n e g 2 为主控芯片，以r t l 8 0 1 9 a s 为网络接口控制芯片，通过移植l w l p 协议栈和改写驱动程序，实现车载视音系统的网络连接功能。 关键字：车载视音系统，v g 2 ，p c o s - i i ，l w i p ，r t l 8 0 1 9 a s t h e d e s i g no f t c p ，i pn e t w o r ki n t e r f a c eb a s e d o nt h ea u t o m e d i as y s t e m a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y sa t u oi n d u s t r y ，d o m e s t i ca u t o e l e c t r o ni n c r e a s e sr a p i d l y a u t o m u l t i m e d i as y s t e mi saj u m p e d u pi n d u s t r y b yt h e p r o g r e s so fn e t w o r kt e c h n i q u ea n dt h es h a r eo fi n f o r m a t i o n ，t h e r ei sp r o j e c tv a l u ef o r t h ei m p l e m e n to f n e t w o r kf u n c t i o ni nt h ea u t o m u l t i m e d i as y s t e m i nt h i st h e s i sm a t e r i a le m p l o y e m e n ta r ea sf o l l o w s ： 1 t h ed e s i g no fn e t w o r ki n t e r f a c ec i r c u i tw i t l lm u l t i m e d i ac h i pv i r g i n e g 2a n d n i c c h i pr t l 8 0 1 9 a s 2 t h e _ t c o s i ii sa l le m b e d d e dr e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m i th a ss o m e a d v a n t a g e f o re x a m p l ef r e ea n da r b i t r a b l e c o d e ，s i m p l ek e m e l ，f i n e r e a l t i m e b ya l t e r i n gs o m e t h i n go ft h eg c o s - i ic o d et h a ti sr e l a t i v et o v i r g i n e g 2 ，t h ei a c o s - i ii sp l a n t e di n t ot h ev i r g i n e g 2 3 l w i pi sat c p i ps t a c ko fr e l a t i v e l yi n t e g r a t e df u n c t i o n t h e r ei ss o m e a d v a n t a g ef o ri n s t a n c ef r e ec o d e ，e a s i l yb e i n gp l a n t e da n ds oo n t h e r ei s n t n e t w o r kf u n c t i o ni n g c o s - i is y s t e m l w i ps t a c ki sp l a n t e di n t o t h e p c o s i is y s t e m i nt h i sw a yt h el a c o s - i is y s t e mb e c o m e so p e r a t i o n s y s t e mo fs u s t a i n i n gt h en e t w o r k i nt h i st h e s i si t c o s - i ii su s e da st h eo p e r a t i o ns y s t e mk e r n e la n dm u l t i m e d i a c h i pv i r g i n e g 2i su s e da sc e n t r a lc h i pa n dr t l 8 0 1 9 a si su s e da sn i c t h o u g h a l t e r i n gs o m ec o d ei nl w i pa n dn e t w o r kc a r dd r i v e r i ti m p l e m n t st h en e t w o r k f i m c t i o ni nt h ea u t o m u l t i m e d i as y s t e m k e yw o r d s ：a u t o - m u l t i m e d i as y s t e m ，v g 2 ；g c o s - i i ；l w i p ；r t l s 0 19 a s 插图清单 图2 一l 硬件结构框图4 图2 2 系统软件总体流程图4 图2 3 数据传输流程图5 图3 - 1v g 2 结构图一6 图3 2v g 2 开发板8 图3 3 带m o n i t o r 的存储器分布1 0 图3 4r t l 8 0 1 9 a s 内部结构l1 图3 5 硬件接口原理图1 6 图4 1 c o s i i 结构框图1 8 图4 2 按照s e 3 2 0 8 初始化任务堆栈结构图2 2 图4 3t c p i p 的分层结构2 3 图4 4p b u f _ r a m 2 4 图4 5p b u f _ r o m 2 5 图4 6p b u f _ p o o l 2 5 图5 1 发送流程图3 3 图5 2 接收流程图3 4 图5 3 中断流程图3 5 图5 4 应用实例流程图3 6 表3 - 1 表3 2 表3 3 表3 4 表3 5 表3 - 6 表3 7 表格清单 v g 2 的内存映射表一9 r t l 8 0 1 9 a s 内部r a m 1 2 r t l 8 0 1 9 a s 内部寄存器1 4 跳线方式下i o 基地址l5 网络接口类型1 5 r t l 8 0 1 9 a s 的管脚配置1 5 r t l 8 0 1 9 a s 与v g 2 开发板相接引脚定义1 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，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 盒胆圣些太堂或其他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 并表示谢意。 学位论文作者签名：邀的签字日期：抽口6 年钼归日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒蟹王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权合 胆王些友堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：走昀 导师签名 签字日期：“年s 月r d 日签字日期。彳年厂月沙日 学位论文作者毕业后去向： 一i = 作单位：詹腮三通箍总有限驽司 通讯地址：釜腿高新星扶件回 电话：蚓寸3 埔蜘 邮编：写哪s 致谢 论文是在王建平研究员的悉心指导下完成的。从课题的选题到研 究都倾注了王老师的无私教导。 在我的研究生生涯中，无论是学习上、思想上、还是生活上，王建平 教授都给予了无微不至的关怀。王老师严谨的治学态度、一丝不苟的敬业 精神、诲人不倦的高尚品德，为我树立了做人、做事的楷模，对我今后的 人生产生深远的影响。在即将毕业之际，谨向王老师致以最真挚的谢意! 衷心感谢穆道明老师以及其他几位老师在课题研究过程中给予 的无私帮助。 感谢实验室同学对我的帮助。 感谢我的父母及家人给予我最大的支持和鼓励。 衷心感谢所有关心和帮助过我的同学和朋友! 赵丽于合肥工业大学 2 0 0 6 年5 月 第一章绪论 1 1 车载多媒体视音系统的发展概况2 1 1 3 l 随着汽车工业与电子信息产业加速融合，汽车开始向电子化、多媒体化和 智能化方向发展，由以机械产品为主。向高级的机电一体化产品方向演变。电 子装置占汽车整车( 特别是轿车) 价值量的比例逐步提高。随着我国汽车产业的 迅速发展，国内汽车电子产业增速迅猛，巨大的规模效应开始显现。2 0 0 5 年我 国汽车需求量达到5 5 0 万辆。按电子产品价值含量2 5 3 0 折算，汽车电子产品 的市场规模达到大约2 5 0 0 3 0 0 0 亿元。 当前，高、中档轿车中的电子设备配置都在向豪华型、个性化方向发展。 其中作为视音享受的高品质音响和液晶显示器已经成为许多车型的标准配置。 人们对轿车娱乐性的要求不断提高，车载视频光盘、车载数字化视频光盘、车 载电视、全球卫星导航系统等产品得到越来越多用户的青睐。 目前国内市场上的车载视音产品多为传统的单d i n 结构，基本上只能满足 收音和音乐播放的功能，它们普遍存在以下不足之处： ( 1 ) 单d i n 结构仅作为整个系统的控制部分和广播接收部分； ( 2 ) 操作时的人机交互只有字段字符及英文信息的显示能力，使用不方便： ( 3 ) 面板按键操作及功能设置繁琐、复杂，无明确的操作指示； ( 4 ) 无法接收和播放视频节目，如车载电视、视频光盘、数字化视频光盘等： ( 5 ) 系统功能单元仅为简单合成，带来控制和操作上的不简洁、不方便。系统安 装分散、占用空间大，对系统连接、整车布线带来了不便； 近年来，国外厂商研发出双d i n 结构车载多媒体视音系统。如阿尔派推出 的i v a - d 3 0 0 e 车载系统，能播放c d 碟片的车载音响主机，兼容了d v d 、m p 3 、w m a 碟片播放功能，还内置一具伸缩式7 英寸液晶屏幕。索尼公司目前也推出不同 型号的多媒体导航系统n v x y z ，n v x y z 内置硬盘，除了作为传统的汽车导航器 外，它还可以播放各种类型如图像、音频、视频的多媒体文件，使其成为了一 个车内的媒体中心。松下电器推出的c n h d x 7 3 0 d 装载有一个1 6 g b 的硬盘，以 及一个2 0 0 m h z 的c p u ，通过一个6 5 英寸的宽屏幕l c d 做操作界面，除了能作 为汽车导航外，内置了电视接收器、d v d 播放器等，具备了几乎所有汽车音响主 机的功能。 这些国外电子公司的产品虽然将各功能模块和液晶显示集成为一体，但对 于国内用户来说却有很多的不便： ( 1 ) 如英文操作界面，操作模式、功能设置不符合中国人的习惯： ( 2 ) 多为n t s c 结构的视频信号输入模式，与我国的p a l 制式不兼容； ( 3 ) 内部功能固定，不便于扩充； ( 4 ) 无自己的知识产权，易对我国形成技术壁垒； ( 5 ) 价格昂贵，势必提高整车造价。 因而，研制开发具有自主产权的车载多媒体视音系统有着重要的应用价值 和广阔的应用前景。 1 2 扩展网络接口在车载视音系统中的应用 车载视音系统作为汽车电子一个的新兴产业，正呈现蓬勃发展的趋势。它 是集成了电视、数字多媒体广播等为一体的智能车载系统。随着网络技术的发 展，信息共享程度的不断提高，使得需要进行网络连接和通信的系统越来越多。 因此迫切希望车载视音系统在功能上实现网络连接。 1 3 论文研究的主要内容和前景 本课题的具体工作是以车载视音系统的核心芯片v i r g i n e g 2 ( 简称：v g 2 ) 为主 控芯片，在v g 2 开发板上扩展网络通信接口。 研究的主要工作有：以嵌入式实时操作系统u c o s - i i 为系统的软件平台，以 多媒体微处理器芯片v i r g i n e g 2 为主控芯片，以r t l 8 0 1 9 a s 为网络接口控制芯片， 通过移植l w i p 协议栈和改写驱动程序，实现车载视音系统的网络连接功能。 本论文共分为六章。 第一章绪论。提出了课题研究的背景及意义，以及国内外发展状况。 第二章基于车载视音系统的t c p i p 接口的总体设计。给出了该接口硬件设计 的框图和软件设计的流程图。 第三章系统硬件平台的设计。介绍了车载视音系统的核心芯片v i r g i n e g 2 的功 能以及相应开发板的特点，以及网络接口芯r t l 8 0 1 9 a s 的工作原理，并 给出了具体的网络接口硬件设计原理图。 第四章系统软件的设计。给出了| i c o s i i 和l w i p 的移植过程。 第五章网络接口芯片的驱动。介绍r t l 8 0 1 9 a s 驱动主要函数的功能，而且给出 了一个简单应用实例的分析。 第六章结论。对本论文所做的工作进行了总结。 2 第二章基于车载视音系统的t c p i p 接口的总体设计 车载视音系统的核心控制芯片为v i r g i n e g 2 ，该设计以v i r g i n e g 2 微控制器 为基础，在v g 2 开发板上扩展t c p i p 网络接口。 2 1 方案选择 利用微控制器实现网络接口的方案通常有两种：一种是p c 网关+ 专用网： 另一种是微控制器+ 网络接口芯片。第一种方案p c 网关+ 专用网是采用专用网 络把- 4 , 批单片机连接在一起，然后再将专用网络接到一台p c 上。这台p c 起 网关的作用，将专用网络上的信息转换为t c p i p 协议数据包，然后发到网上实 现信息共享。这个方案可以连接多种单片机，但存在以下缺点：它依赖p c 机作 为网关进行协议转换，在多个单片机系统分散的情况下，专用网络布线极为不 便；需要在p c 机上安装专门的协议转换软件，而这些软件通常费用较高。第二 种方案微控制器+ 网络接口芯片是首先在微控制器上扩展网络接口芯片，然后 嵌入t c p i p 协议栈，以实现t c p i p 处理。微控制器系统中实现t c p i p 协议栈 不同于普通计算机系统，由于其自身资源有限，所以普遍采用占用资源较少的 t c p i p 协议栈，如p i p ，l w i p 等，他们都只保留了基本t c p ，u d p 等功能。这种实 现方案又可分为有操作系统支持的实现方式和无操作系统支持的实现方式。 有操作系统支持的实现进程模型有三种方法： ( 1 ) 让协议的每一层作为一个单独的进程运行。这种模型易于理解，调试简 单，但是每一层的交叉必须要有上下文切换。这种对上下文切换进程 模型需要相当大的系统开销。 ( 2 ) 让协议驻留在操作系统内核。应用进程通过系统调用与t c p i p 协议通 信，如w i n d o w 就是使用这种模式。 ( 3 ) 所有协议都驻留在一个单独的进程中，与操作系统内核分离。应用程序 可以驻留在进程当中，也可以是分离的进程。t c p i p 栈和应用程序之间 的通讯，可以通过信号量和消息队列来完成或者直接调用。 2 2 方案设计 本设计采用第二种方案：微控制器+ 网络接口芯片，采用车载视音系统的 核心控制芯片v i r g i n e g 2 为主控芯片，r e a l t e k 公司的r t l s o l 9 a s 为网络接口芯 片，通过移植t c p i p 协议栈l w i p 使车载视音系统具有网络功能。采用有操作 系统支持的实现方式实现t c p i p 网络通讯功能。选用嵌入式实时操作系统 此o s i i 作为系统的软件平台，采用第三种进程模式，把所有协议都驻留在一 个单独的进程当中。 t c p i p 协议栈采用l w i p 。它是瑞士计算机科学院开发的一套用于嵌入式操 作系统的开放源码的轻型t c p i p 协议栈，实现了较为完备的i p ，i c m p ，u d p ， t c p 协议，具有超时时间估计、快速恢复和重发、窗口调整等功能。 操作系统此o s i i 是一个免费的源代码公开的实时嵌入式内核，它提供了 实时系统所需的基本功能。其包含全部功能的代码只占用8 3 k 字节，而且由于 坤c o s i i 是可裁剪的，所以实际的代码最少可达2 7 k 字节。p c o s i i 不仅为用 户得到廉价的解决方案，而且由于扯c o s - i i 的开放特性，用户还可以针对自己 的硬件优化代码，以获得更好的性能。 2 2 1 系统的硬件结构设计 本系统的硬件结构设计如图2 1 所示 图2 - 1 硬件结构框图 v g 2 通过r t i 。8 0 1 9 a s 与网络上的数据进行通信，t l l 2 0 i p 是网络隔离变压器。 当发送数据时，v g 2 先把数据送到r t l 8 0 1 9 a s 的内存中，然后发送到网络上。 r t l 8 0 1 9 a s 对于发送给自己的数据能够自动接收。当r t l 8 0 1 9 a s 接收到数据，通 知v g 2 去读取数据。这样就完成数据的传输。 2 2 2 系统软件流程设计 图2 - 2 是系统软件设计总体流程图。 + 美躺：g 糍、勰绷弘糍嚣缀 黼鹋i i l 移植奎婀澎越 “ v e 、g # * 嬲* 一* 8 。* 1 z j z _ 一 7 壤薯。 。1 1 1 锉翳翳i 。黪“譬 ， ；“o * 舞静蔷嚣目辑；州j j j 。l w i p 缫j j p c 7 灌蘸 ；_ i j 避臻、曩l 黪 图2 2 系统软件总体流程图 图2 3 是建立网络连接后数据传输的流程图 图2 - 3 数据传输流程图 发送数据：应用程序通过函数调用把数据传送给传输层，完成u d p 或t c p 或 i c m p 数据报的封装，然后把数据报交给i p 层。完成i p 数据报的封装， i p 层调用驱动程序的发送函数把i p 数据报封装成以太网数据报，然 后把数据传送出去。 接收数据：当r t l 8 0 1 9 a s 接收到以太网数据报之后去除以太网报头。根据报头判 断是i p 数据报还是a r p 数据报，如果是a r p 数据报就交给a r p 协议 处理。如果i p 数据报就交给i p 协议处理，i p 协议同样去掉i p 报头， 通过该报头判断上层使用什么协议。然后把数据报传送给u d p 或t c p 或i c m p 协议处理，同样去掉报头之后，再把数据交给应用程序处理。 5 第三章系统硬件平台的设计 本章主要介绍了车载视音系统的核心芯片v i r g i n e g 2 和网络接口芯片 r t l 8 0 1 9 a s 的工作原理和相关寄存器，以及相应开发板和接口的硬件电路设计。 3 1 芯片v i r g i n e g 2 介绍 a d c h i p s 公司的v g 2 是集成了3 2 位的s e i s c 处理器( s e 3 2 0 8 ) ，为用户提供 了低成本、高性能的视频、图像加速和音频加速解决方案。v g 2 不仅集视频、音 频处理为一身，内部包括一个基于3 维图形算法的2 维图形加速器，还嵌入一 个3 2 通道的8 1 6 位音频引擎，以及视频d a c 、d r a m 控制器、d m a 、定时器、双 串口等多种外设，使得外部电路的设计变得非常简便。为了加速程序的执行， 其内置的c a c h e 提供单周期的数据处理。v g 2 还支持n t s c p a l 制的显示格式。 图3 - 1v g 2 结构图 v g 2 的体系结构如图3 一l 所示，其集成的各种片上功能如下 1 c p u 最大工作频率为4 0 m h z 2 内嵌3 2 位e i s cc p us e 3 2 0 8 3 4 k b2 路c a c h e 4 支持n t s c p a l 显示格式 5 支持内部视频图像和外部视频以及视频信号叠加 6 支持外部同步信号检测 7 最大1 0 2 4 像素( 水平方向) 8 1 6 b i t 颜色模式 9 基于3 d 的2 d 加速器 1 0 支持两路光笔输入 1 1 视频帧内存最大8 m b 1 2 视频纹理内存最大8 m b 1 3 s d r a m 支持8 0 m h z 的工作频率 1 4 嵌入式周边功能 1 5 嵌入式r a md a c 和p l l 1 6 2 4 0q f p 封装 3 1 13 2 位微处理器e i s cs e 3 2 0 8 s e 3 2 0 8 是a d c h i p s 公司的e i s c 系列产品，与c i s c 产品相比具有高指令密 度和极为简单的硬件设计。它基于r i s c ，使用精简指令集，指令运行为单时钟 周期，体积小但功能却很强大。 e i s cc p u 使用定长的1 6 位指令，操作数可以灵活扩展为1 6 3 2 6 4 位，这 是通过扩展寄存器和扩展指令实现的。e i s c c p u 的程序代码小，并且向上兼容， 1 6 位3 2 位6 4 位e i s cc p u 的代码可以通用，方便升级。e i s cc p u 全部使用 c c + + 语言进行开发。 s e 3 2 0 8 内部有8 个通用寄存器r o a r 7 和5 个特殊寄存器p c ，s p ，i s p ，e r ，s r 。 其中s r 状态寄存器的第1 3 位可以通过s e to x d 打开中断或c l ro x d 关闭中断。 3 1 2v g 2 的工作原理 3 1 2 1 基于3 d 的2 d 图形加速器 v g 2 芯片的图像加速器支持n t s c p a l 及s v g a 显示，并且还支持和外部视频 信号的叠加，每行最大1 0 2 4 个像素，1 6b i t 彩色模式，支持纹理和实时贴图、 透明和n ( 半透明) 变换、图像旋转和放大缩小等等。最大外接视频存储器即 f r a m em e m ( 8 m b ) ，最大外接纹理存储器即t e x tm e m ( 8 m b ) 。 贴图原理简介如下： ( i ) 在t e x tm e m 中( 0 x 3 8 0 0 0 0 0 一o x 3 8 1 f f f f ) 有1 2 8 k b 的队列，用于发出贴图命令 包。图片放在t e x tm e m 中的剩余空间。 ( 2 ) 每一个命令包有6 4 b y t e ，因此共有2 0 4 8 个命令包，并且是循环队列。 ( 3 ) 在f r a m em e m 中有前后缓冲区，在使用中设置为前后缓冲方式。 ( 4 ) 贴图过程如下： i ) 命令包l 、2 、3 将图片贴在后缓冲区中，可以有覆盖、透明、半透明方 式，有图像处理器自己处理，这时并不显示。 2 ) 执行f l i p 指令，前后缓冲区调换，图像显示出来，原来的命令包被舍弃。 3 ) 重复如此过程，可以实现动画。 3 1 2 2 音频引擎 v g 2 可以接收8 位、1 6 位p c m 格式的声音。 ( 1 ) 有3 2 个通道可以同时播放，对应于3 2 个寄存器组。指明声音的播放方式。 ( 2 ) 声音数据一般放在f r a m em e m 中除了图像外的剩余空间，最大为4 m b 。 ( 3 ) 播放长声音时可以采用中断方式分段放。 ( 4 ) 每一个通道可以设置左右声道的音量，用2 个通道就可以播放立体声。 ( 5 ) 每个通道可以设置音效，如回声、混响等等。 3 1 3v g 2 开发板的简介 。薯1 一 尊瓤i “ 鬻t 薯 。 1 r 斋钧 警善薹羲骥秘蹦糕睡蚓甏鬻 ；| i ：雾誊鍪臻黪隧 i ri 。鬟翼；裂纛繁隧蒸蓉豢萋鬻i 蠹蚤蠢i 霉 i 蘸黍 、 ：口 串 。誊i 誉| i 瓣藿蘸j 裁淤! 鬃i 蘸鬻| | | | i蒸 ，；蘸瓣l i 辫 蒸 j 囹 行 誊i ：鋈豢誊蒸震i 瓣然麟篓篓鬻i 鏊裂蒸 。一豢雾 玎 2 ! 一蹩鼯 电源插座喜曩喜翥署曩 通用。，o 口 输出输 h 输出 图3 - 2v g 2 开发板 1 3 2 位e i s c ( s e 3 2 0 8 ) 微处理器，主频最高4 0 m h z ，1 6 m b 程序存储器。 2 独立的视频处理器，支持n t s c p a l ( b ，d ，g ，h ，i ，n ，m ，c o m b n ) 制式。有 8 m b 主图像帧存储器和8 m b 纹理图像帧存储器。内含2 d 图像加速器， 能流畅的播放动画。 、3 带有显示器接口，支持标准v g a ( 6 4 0 * 4 8 0 ) 显示模式，标准1 6 位( 6 4 k 色) 。 4 内含3 2 通道电子合成器，带有数字混响器，音频左右声道输出接口。 5 配有1 6 m b 一4 8 m b 的节目卡。 6 1 9 个通用i o 口，每个口均能输出4 毫安电流。 7 带有r s 2 3 2 串行通讯口c o m l 、c o m 2 ，可直接与计算机r s 2 3 2 口通讯，用 来仿真调试。 8 配有视频处理板，直接输出视频音频信号。 9 配有视频叠加接口。 v g 2 的内嵌c p us e 3 2 0 8 有3 2 位的地址总线，可以直接访问4 g b 的地址空问， v g 2 整个地址空间采用统一编码原则。表3 - 1 是v g 2 的内存映射表。 表3 - 1v g 2 的内存映射表 地址范围描述标注 0 0 0 0 0 0 0 0 h o o f f f f f f h主r o mr o 聃c s # 0 1 0 0 0 0 0 0 h o i f f f f f f h外部芯片和寄存器 0 1 0 0 0 0 0 0 h 一0 i o f f f f f h外部芯片0p c s o # 0 l 1 0 0 0 0 0 h 一0 i i f f f f f h 外部芯片1p c s l # 0 1 2 0 0 0 0 0 h 0 1 2 f f f f f h 外部芯片2p c s 2 # 0 1 3 0 0 0 0 0 h 0 1 3 f f f f f h外部芯片3p c s 3 # 0 1 4 0 0 0 0 0 h 0 1 4 f f f f f h 外部芯片4 p c s 4 抖 0 1 5 0 0 0 0 0 h 0 1 5 f f f f f h 外部芯片5p c s 5 # 0 1 6 0 0 0 0 0 h 一0 1 6 f f f f f h 外部芯片6 p c s 6 # 0 1 7 0 0 0 0 0 h 0 1 7 f f f f f h 外部芯片7p c s 7 # 0 1 8 0 0 0 0 0 h 0 1 f f f f f f h外围寄存器 0 2 0 0 0 0 0 0 h 一0 2 f f f f f f h主d r a m 0 3 0 0 0 0 0 0 h 一0 3 7 f f f f f h 图像引擎寄存器 0 3 8 0 0 0 0 0 h 一0 3 f f f f f f h 纹理存储器最大8 m b 0 4 0 0 0 0 0 0 h 0 4 7 f f f f f h 帧存储器最大8 m b 0 4 8 0 0 0 0 0 h 一0 4 f f f f f f h 音频引擎寄存器 0 5 0 0 0 0 0 0 h 一0 5 f f f f f f h扩展r o l de x c s # 0 6 0 0 0 0 0 0 h o f f f f f f f h 保留 由于v g 2 片内不合程序存储器和数据存储器，在使用中必须外扩程序存储 器和数据存储器。v g 2 开发板上扩展了程序存储器和数据存储器。程序存储器分 为两个部分：主r o m 区和扩展r o m 区。主r o m 区和扩展r o m 区的存储空间最高 均可扩展到1 6 m b 。每个r o m 区v g 2 都有专门的片选信号进行片选( 主r o m 区为 r o m c s # 、扩展r o m 区为e x c s # ) 。数据存储器分为三个部分：主数据存储器、纹 理存储器( t x t u r em e m o r y ) 和帧存储器( f r a m em e m o r y ) 。纹理存储器和帧存储器 主要用于图像处理。对于这三种存储器，v g 2 有专门的控制信号、地址信号和数 据信号对其进行各种读写操作。 3 1 4v g 2 的软件开发平台介绍 v g 2 的软件开发采用w i n d o w s 下的e i s cs t u d i o 集成开发环境，使用c c + + 语言进行编程。 e i s cs t u d i o 是w i n d o w s 界面下e i s cc p u 的集成开发环境。s t u d i o 内部集 成了g d b 调试器。g d b 是g n u 开源组织发布的一个强大的u n i x 程序调试工具。 它可以调试各种程序，包括c 、c + + 、j a v a 、p a s c a l 、f o r a n 和一些其它的语言。 也包括g n u 所支持的所有微处理器的汇编语言。 g d b 主要完成以下四个功能： 1 ) 启动程序，并按照要求运行程序： 2 ) 可让被调试的程序在所指定的断点处停止； 3 ) 当程序被停住时，可以检查此时程序中的相关状态； 4 ) 动态地改变程序的执行环境。 当运行g d b 的主机通过串行端口连接到目标板时( 应用程序在板上运行) ， g d b 可以对应用程序进行调试。 当调试目标板时，g d b 依靠一个调试m o n i t o r 来完成其功能。调试m o n i t o r 是系统中的一小段代码，它提供了运行g d b 的主机和所调试的应用程序间的一 个媒介。g d b 和调试m o n i t o r 通过g d b 串行协议进行通信。g d b 串行协议是一种 基于消息的a s c i i 码协议，包含了诸如读写内存、查询寄存器、运行程序等命 令。调试m o n i t o r 接收主机发来的g d b 命令，执行相应的操作。 带有调试m o n i t o r 的存储器区域如下所示： 通用存储表可下戴调试的存储表 呶0 0 f f f f f f 0 x 0 2 0 d 0 0 0 0圈固 r m ： 用千监控程序 用千下载程序 虚拟r o m 区 r 如 用千下载程序 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 f f f f f o x 0 2 0 0 0 0 0 0 o x 0 2 01 0 0 0 0 图3 - 3 带m o n i t o r 的存储器分布 从图中可以看出，调试m o n i t o r 把用户程序下载到r a m 中进行程序的调试。 在调试过程中需要注意以下几点： 1 ) 调试m o n i t o r 使用s w i o 、s w l l ( 软中断0 、软中断1 ) 进行应用程序下载和调试， 在应用程序中不能使用这两个中断； 2 ) 调试m o n i t o r 中已对部分硬件寄存器进行初始化，根据需要可以在用户程序 中对这些寄存器进行重新初始化； 3 ) 主机和目标板采用v g 2 的串口0 进行通信。在用户程序的调试过程中，一般 情况下不能使用串口0 ； 4 ) 在用户程序调试结束后，如果不通过调试m o n i t o r 将用户程序下载到f l a s h 芯片中，而直接通过编程器从o x 0 0 0 0 0 0 0 0 开始烧录，那么调试m o n it o r 中的 那部分寄存器要重新设置。 3 1 5v g 2 相关寄存器简介 v g 2 的寄存器位于o x 0 1 8 0 0 0 0 0 h 。 ( 1 ) 管脚复位寄存器p i nm u xc o n t r o lr e g i s t e r 用于设置管脚具体的功能。 ( 2 ) d m a 控制寄存器d i v l a o ，lc o n t r o lr e g i s t e r 。v g 2 有两个d m a 通道。每个通道能 够访问的空间为1 6 m b ，能够进行8 位，1 6 位，3 2 位数据的d m a 传输，能采用增 d n 减少固定的寻址方式。d m a c o ，l 控制寄存器用来控制数据宽度，控制源 地址和目标地址的寻址方式。 1 0 ( 3 ) 中断模式寄存器i n t e r r u p tm o d er e g i s t e r ( i n t m o d ) 。v g 2 有2 7 个中断源， 分为1 9 个内部中断和8 个外部中断，该寄存器用来设置中断模式。 ( 4 ) 中断矢量寄存器i n t e r r u p tv e c t o rr e g i s t e r ( i n t v e c ) ，通过o x 0 1 8 0 0 0 c 4 h 的4 ：o h 设置可以清除中断请求。 ( 5 ) 中断使能寄存器i n t e r r u p te n a b l er e g i s t e r ( i n t e n ) ，打开或关闭各种中断。 ( 6 ) 中断状态寄存器i n t e r r u p ts t a t u sr e g i s t e r ( i n t s t ) 。 ( 7 ) p i o 模式寄存器p i om o d er e g i s t e r ( p i o m o d ) 。p i o 有两种模式：o p e n c o l l e c t o rm o d e 和t o t e m p o l eo u t p u tm o d e 。 ( 9 ) p c s 控制寄存器p c sc o n t r o lr e g i s t e r 用于使能片选信号，设置数据宽 度，v g 2 共有8 个外部片选信号。 3 2 网络接口芯片r t l 8 0 1 9 a s 的功能与应用 3 2 1r t l 8 0 1 9 a s 的基本结构 r t l 8 0 1 9 a s 网络接口芯片具有1 6 位的数据总线和2 4 位的地址总线，具有曼 彻斯特编码、冲突检测和重发的功能，可以与很少的外围电路一起完成数据的 发送和接收功能。r e a l t e k 公司生产r t l 8 0 1 9 a s 以太网接口芯片以其优良的性 能、低廉的价格得到了广泛的应用。其主要性能如下： 1 1 0 0 脚的p q f p 封装，便于缩小p c b 尺寸； 2 符合e t h e r n e ti i 和i e e e 8 0 2 3 标准； 3 兼容n e 2 0 0 0 标准，支持8 位、1 6 位数据总线： 4 全双工，收发可同时达到l o m b 速率，具有睡眠模式以降低功耗； 5 内置1 6 k b 的s r a m ，用于数据收发的缓冲，降低了对处理器的速度要求； 6 可连接同轴电缆和双绞线，并可自动检测所连接的介质； 7 支持跳线和免跳线，即插即用的工作模式。 篱；| 一 j j 一， i 薹鬻譬。i i 鍪；卿麟| | y | 鬻娶蘸鬻鬻； 一，l 一叫戮獭麟藏 j 雾p “接口 | 誊卜一 誊b s 唾i 壤瓣磐k 巍 ， i 一 蔓9 3 c 4 6 接口一j jk “ _ i 1r 。：。_ _ 1i 酥i ：i i l l 鳙鹂罐鳓迸攀! 鬃；譬鞭黟冀 i a u i 接口 蠢薯0 _ 】 _ p 接酊。， 圈3 4r t i 。8 0 1 9 a s 内部结构 r t l s 0 1 9 a s 内部结构如图3 4 所示，可分为远程d m a 接口，本地d m a ，m a c 逻辑 数据编码逻辑和其它端口等。远程d m a 接口是指主机对r t l 8 0 1 9 a s 进行控制和操 作通道。本地d m a 接口是指r t l s o l 9 a s 与网络线的连接通道，作用是完成与网络 线的数据交换。b r o m 接口和p n p ( 即插即用) 接口主要是用和远程d m a 一起来解决 制作p c 机网卡的引导和连接问题。9 3 c 4 6 是采用4 线s p i 串行接口的e e p r o m ，保存 r t l 8 0 1 9 a s 的配置信息，是r t l s 0 1 9 a s 在p n p 和无跳线模式下不可缺少的关键器 件。r t l 8 0 1 9 a s 复位后读取9 3 c 4 6 的内容并设置内部寄存器的值。在跳线方式下， 可以不用9 3 c 4 6 。 表3 - 2r t l s o l 9 a s 内部r a m 页码地址范围附注 o x 0 0o x 0 0 0 0 o x o o f f 可以使用 o x 0 1 一o x 3 fo x o l 0 0 一o x 3 f f f 不能使用 o x 4 0 一o x 7 fo x 4 0 0 0 一o x 7 f f f 可以使用 o x 8 0 一o x f fo x 8 0 0 0 一o x f f f f不能使用 r t l 8 0 1 9 a s 内部有两块r a m - 一块1 6 k b ，地址为0 x 4 0 0 0 0 x 7 f f f ；一块2 5 6 b ， 地址为0 x o 0 0 0 一o x o o f f 。存储是分页的，每2 5 6 b 为一页，页地址为地址的高8 位。 o x 4 0 - o x 7 f 。第0 页的内存又叫p r o m ，存放的是该网卡的硬件地址，通常是网卡 在复位时从9 3 c 4 6 里读出来的。获得网卡的硬件地址通常有两种方法，一是直接 读9 3 c 4 6 ，二是读p r o m 。如果没有使用9 3 c 4 5 ，那么就不要使用p r o m 。此时网卡的 硬件地址是由寄存器p a r o ，p a r l ，p a r 2 ，p a r 3 ，p a r 4 ，p a r 5 决定，寄存器的值需要在 驱动程序中写入。r t l 8 0 1 9 a s 内置的1 6 k b 的r a m 可以化分为接收缓冲区和发送缓 冲区两个部分。o x 4 0 - o x 4 b 为发送缓冲区共1 2 页，刚好可以存储2 个最大的以太 网数据报。o x 4 c - o x 7 f 为网卡的接收缓冲区共5 2 页。 3 2 2 芯片的d m a 操作 要接收和发送数据必须读写网卡的内部的1 6 k b 的r a m ，通过d m a 进行读和写。 网卡内部r a m 是一块双端口r a m ，有两套总线：本地d m a 和远程d l , i a 连接到该r a m 上。 本地d m a 是r t l 8 0 1 9 a s 与网络线的连接通道，作用是完成与网络线的数据交换， 由r t l 8 0 1 9 a s 本身去读或写该r a m ，由硬件自动完成。远程d m a 是用于微控制器读 或写该r a m 的通道，操作如下；发送数