（电路与系统专业论文）基于ADSPBF561网络可视电话的研究与设计[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 随着电话网络、多媒体和因特网的快速发展，单一语音媒体通信方式已经不 能满足信息时代的人们对通信的需求，人们迫切要求改善通信方式。信息技术发 展的一个主要特征就是多媒体技术的广泛应用，随着多媒体业务的不断拓展，多 媒体技术已成为工业界和学术界的一个研究热点。在多媒体通信系统中，由于在 网络上传送的不再是单一的媒体，而是多种媒体综合而成的一种复杂的数据流， 因此，广大的电话用户在感受语音媒体通信带来的服务的同时，必然进一步提出 多媒体通信的需求。 数字信号处理器( d s p ) 技术的发展，使得我们可以把复杂的音视频编解码算 法得以在d s p 上实现，并且可以做到编解码的实时。从而使得多媒体实时通信 成为现实。 本文设计实现了一种网络可视电话。网络可视电话的终端的硬件平台采用了 美国模拟器件公司( a d i ) b l a c k f i n 系列高性能的a d s p b f 5 6 1 。软件平台采用了体 积小、性能高的u c l i n u x 为嵌入式操作系统，并在h 3 2 3 协议栈基础上实现了 h 3 2 3 终端。 本文介绍了系统的整体设计方案，阐述了软件组成结构以及硬件接口设计。 本文按照系统组成模块的顺序结合自身所做的主要工作，详细介绍了系统软件模 块和硬件模块的组成。在完成系统硬件接口设计和驱动程序的基础上，主要研究 并实现了h 2 6 4 的编码算法，并成功将该算法移植到a d i 公司的a d s p b f 5 6 l 上，同时对h 2 6 4 算法中的运动估计与搜索等部分进行了改进，然后又从算法级、 c 语言级、汇编级等儿个层次上对系统进行了优化，最终使移植到d s p 平台上 的h 2 6 4 编码器达到了实时编码的要求。 关键词h 2 6 4 ；网络可视电话；d s p ；编码器：搜索算法 北京t 业大学t 学硕十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er 印i dd e v e i o p m e n to fm et e l e p h o n e 、t h em u l t i m e d i aa n dt h ei m e m e t ，t h e m a n n e ro fs i n g l e s p e e c hm e d i ac o m m u n i c a t i o nh a l s n o tm l f i l l e dm ep e o p l e s c o m m u n i c a t i o nd e m a i l dn o 、张d a y s ，a n dw ea r ee a g e rt of i n do u taw a yt oi m p r o v eo u r c o m m u n i c a t i o nm a r m e r t h em u l t i m e d i at e c h n o l o g yi sw i d e l y 印p l i e d ，w h i c hi s t l l e m a i nc h a r a c t e ro ft h ed e v e l o p m e n to f 也ei n f o m a t i o nt e c h n o l o g y d u et os p r e a d i n g o u to ft h em u l t i m e d i ab u s i n e s s ，m u l t i m e d i at e c l l l l o l o g yh a sb e e nar e s e a r c hh o t s p o t b o t hi ni n d u s t 巧a n da c a d e m j cf i e l d i i lt h es y s t e mo ft h em u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n ， t h ei n f o n n a t i o nt r a n s m i t t e dt h r o u g ht h en e ti sn o t 也es i n g l em e d i u m ，b u tak i n do f c o m p l i c a t e dd a t af l o wo f t h em u l t i m e d i a ，t h e r e f o r e ，m em a s st e l e p h o n eu s e r sw i l la s k f o rm o r ed e m a n do ft h em u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o nw h i i em e yc o n s u m em es e r v i c e s b r o u g h tb yt h es p e e c hm e d i ac o n 瑚u n i c a t i o n t h ee v o l u t i o no fd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ( d s p ) t e c h n i q u ee n a b l e su st or e a h z e t h ei n t r i c a t es o u n da n dv i d e on q u e n c ye n c o d e d e c o d ea l g o r i t h mo nd s p ，a n dm a k e m ee n c o d e - d e c o d ei nr e a lt i m e i nt h i sw a y ，w ew i l lm a k em u l t i m e d i ar e a l - t i m e c o n u n u m c a t i o nc o m et n l e t h et h e s i sd e s i g n sa n dr e a l i z e sal d n do fi pv i d e op h o n e t h eh a r d w a r er o o fo ft h e i pv i d e op h o n et e m l i n a li sa d o p t e da d s p - b f 5 61w h i c hi sm a d e 靠o ma d ib i a c k f i n s e r i e s t h es o 帆a r er o o fi su c l i n u xe m b e d d e do p e r a t i n g s y s t e m w i l i c hi s i e s s o c c u p i e d ，h i 曲p o w e r e d i ta l s or e a l i z e st h eh 3 2 3t e m i n a lb a s e do nt h eh 3 2 3 p r o t o c o ls t a c k 1 1 1 et h e s i s 血r o d u c e st h ed e s i g i ls c h e m eo ft 1 1 ew h o l es y s t e m ，d e s c 舶e sm e s o r w a r ec o m p o s e dc o i g u r a t i o n 甜1 dt h eh a r d w a r ei n t e r f a c ed e s i g n a c c o r d i n gt ot h e s e q u e n c eo ft h es y s t e mm o d u l ea n da u t h o r sm a i n 、v o r k ，m et h e s i sp r e s e n t st l l e c o n s t i t u t i o no ft 1 1 e s y s t e m s o 小v a r ca n dh a r d w a r em o d u l e s b a s e do nt 1 1 e a c c o m p l i s e n to ft h eh a r d 坝l r ei m e r f a c ed e s i g na n dt l l ed r i v ep m g r 锄，t h ea u t h o r m a i n l yr e s e a r c h e sa 1 1 dc 痢e so u tt h eh 2 6 4e n c o d i n ga l g o r i t h m ，t r a n s p l a n t st h e a l g o r i t h mt ot h ea d s p b f 5 6 1 s u c c e s s f h l i y m e a j l w t l i l e ，t h ea u t h o ri m p r o v e st h e h 2 6 4a l g o r i t i nm o v e m e n te s t i m a t ea n ds e a r c h i n gp a r r t s ，a n do p t i m i z e st h es y s t e m i nt h ea l g o r i t h mc l a s s 、s p e e c hc l a s sa n dm ec o m p i l a t i o nc l a s s ，f i n a l l y 如l f i l l st l l e r e q u i r e m e n to fm a “n gh 2 6 4e n c o d e rt r a n s p l a n t e dt ot h ed s p r o o fw o r ki nr e a l t i m e k e y w o r d sh 2 6 4 ；i pv i e d op h o n e ；d s p ；e n c o d e r ；s e a r c h i n ga l g o r i t h m i i 独创性声明 本人声明所呈交的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，也不包含为获得北京工业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。 关于论文使用授权的说明 枷。富5 1b 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：重尘鲨望 导师签名：日期：堡：量! 等：伫 第l 章绪论 1 1 课题的提出和意义 第1 章绪论 近几年来，信息技术的发展，使人们的学习和交流打破了时空界限，为人类 社会、经济、文化的发展带来了新的空间。以电话网络、多媒体和因特网为依托 的信息技术已成为拓展人类能力的创造性工具。随着电话网络、多媒体和因特网 的快速发展，单一语音媒体通信方式已经不能满足信息时代的人们对通信的需 求，人们迫切要求改善通信方式。信息技术发展的一个主要特征就是多媒体技术 的广泛应用，随着多媒体业务的不断拓展，多媒体技术己成为工业界和学术界的 一个研究热点。在多媒体通信系统中，由于在网络上传送的不再是单一的媒体， 而是多种媒体综合而成的一种复杂的数据流，因此，广大的电话用户在感受语音 媒体通信带来的服务的同时，必然进一步提出多媒体通信的需求。希望在传送语 音、数据等信息的同时，也可以传送图片，这样就提出了一种新的通信设备 可视电话。 可视电话是一种点到点的视频通信，它能利用网络双向实时传输通话双方的 图像和语音信号，达到了面对面交流的效果，实现人们通话时闻其声、见其人的 梦想，因此受到大众喜爱，这种兼有“顺风耳”和“千里眼”功能的可视电话蕴含着 巨大的潜力。业界人士和专家学者指出，目前，可视电话技术正趋成熟，可视电 话市场蓄势待发，随着通信业的发展和人们对多媒体技术需求的增加，可视电话 将成为移动电话之后新的消费热点，可视电话的产业化时代已经到来【l 】。 基于网络可视电话广阔的发展前景，本文设计实现了一种基于高性能数字信 号处理器a d s p b f 5 6 l 的网络可视电话，可以使位于不同物理位置的网络用户 “面对面”地进行交流。 1 2 国内外发展现状 自从在1 9 6 4 年世界展览会( w o r l d sf a i r ) 上推出的a t & t 的p i c t u r e p h o n e ( 图像电话) 以来，可视电话的发展经历了漫长的历程。从2 0 世纪9 0 年代开 始，国际互联网从最初的简单数据传输应用，发展到以t c p i p 协议为基础，以 多种应用层协议为依托，能承载数据、语音、图像等多媒体业务，覆盖各个国家、 地区和部门的庞大的计算机互联网络。网络技术的飞速发展，网络协议的日趋完 北京t 、眦大学r 学硕十学位论文 善，网络带宽的迅速增长，以及各种语音、图像压缩和编解码等多媒体技术的 发展使其具备了成熟的条件1 2 】。 国外对可视电话的研究开发进行得较早，但由于通信和网络技术条件的限 制，可视电话只是停留在实验室阶段。到二十世纪九十年代以后，随着计算机芯 片技术的进步和图像、语音压缩编码技术的快速发展，特别是用于p s t n 网络和 移动通信网的多媒体通信终端h 3 2 3 协议等国际统一的多媒体可视电话标准颁 布以来，国内外有不少公司开始了可视电话研制，可视电话展现出了广阔的市场 发展前景。其中有些公司主要从事呵视电话核心芯片的生产，通过收取高额的技 术使用费向系统集成商提供可视电活解决方案；而更多的公司则足向这些专用芯 片生产商购买芯片进行组装生产，因内生产可视电话的公司绝大部分都是采用这 种方式。在国外，目前可视电话的生产和供应商有美国a t & t 公司、日本松下、 韩国亚洲电信等，主要是面向集团用户的商业应用，可实现远程淡判、可视会议、 远程培训、远程面试、电子购物等业务。 1 3 本文主要研究内容及结构安排 本文主要研究了一种网络可视电话系统的实现方法。 鉴于所做的主要研究工作，本文将按照如下结构进行论述： 第l 章，绪论。阐述课题提出的意义，国内外发展现状以及本文主要研究内 容及结构安排。 第2 章，嵌入式处理器a d s p b f 5 6 l 及开发环境。介绍a d s p b f 5 6 1 处理 器的主要结构特点以及配套的软硬件开发环境。 第3 章，h 3 2 3 协议。详细介绍了h 3 2 3 协议组成。 第4 章，网络可视电话系统没计。阐述网络可视电话系统的软件组成模块和 硬件结构的设计方案。 第5 章，h 2 6 4 视频压缩标准。对于视频压缩领域的发展现状进行全面的介 绍，主要阐述了h 2 6 4 视频编码的理论基础及实现方法。 第6 章，运动估计与搜索算法改进。阐述了运动估计与搜索算法的发展历程 及在本课题中采用的一种新改进的搜索算法。 第7 章，h 2 6 4 在a d s p b f 5 6 l 上的移植与优化。阐述了在a d s p b f 5 6 l 上 h 2 6 4 编码的优化经验。 最后，总结了全文的研究成果。对全文进行了概括性总结，并提出了进一步 的研究工作。 第2 章嵌入式处理器a d s p b f 5 6 l 及其开发环境 第2 章嵌入式处理器a d s p b f 5 6 1 及其开发环境 2 1a d s pb l a c k f in 处理器简介 美国模拟器件公司( a d i ) 是世界领先的高性能信号处理集成电路制造商，是 全球主要的可编程d s p 芯片供应商之一。它推出的b l a c k 矗n 处理器系列，满足 了当今嵌入式音频、视频和通信应用在计算和功耗上的严格要求。其b l a c 姬n 系 列处理器适合多种媒体处理应用，数码相机、便携式多媒体播放器、网络媒体适 配器、数字监控和多媒体网关、i p 机顶盒、网络电话、无线手机以及汽车信息 娱乐与安全系统，并支持标准清晰度电视和高清晰度电视等各种嵌入式应用系 统。 b l a c k f i n 系列处理器采用了基于与i n t e l 公司联合开发的微信号结构( m s a ： m i c r os i g n a la r c h i t e c t u r e ) ，兼备3 2 位类r i s c 指令集和通用微控制器所具有的 1 6 位双乘法累加( m a c ) 信号处理功能。它是个高度集成的片上系统解决方案， 将工业标准接口与高性能的数字信号处理内核相结合，相当于将砒s c 式编程、 多媒体支持和前沿的信号处理等功能集成于单个封装内的处理平台。具有世界领 先的低功耗和性能，可通过改变工作电压和频率来大大降低总功耗，延长了便携 式应用的电池寿命。所有b l a c k f i n 处理器是代码兼容的，都能够提供可移植 性设计。另外，a d i 公司的集成软件开发工具系列v i s u a ld s p + + 集成开发环境 ( i d d e ) 和g r e e nh i l l s 公司的m u l t ii d e 工具套件都完全支持b l a c k f i n 处理器。 b l a c k 鼬d s p 的主要优点如下i ) j ： ( 1 ) 微信号结构 b l a c k f i nd s p 体系结构是在a d i 和i n t e l 公司联合开发的“微信号结构，( m s a ) 的基础上实现的。这种统一的编程模式采用了一个综合的信号处理和控制指令 集，从而消除了传统的多个不同处理器之间相联系的复杂性，因为传统的多处理 器系统的信号处理和控制系统都在分立的处理器结构上工作。 ( 2 ) 动态电源管理 动态电源管理可以通过改变电压和工作频率，提供比其它d s p 更少的功耗。 b l a c k f i nd s p 体系结构允许电压和频率独立调整，使每一个单项任务所消耗的能 量最小。它的推出使a d i 的d s p 性能提高了4 倍以上，功耗降低了将近1 3 。 同时a d i 为了使这个体系结构独有的动态电源管理特性发挥最大效能，还推出 了一个能够控制d s p 电压和频率的芯片组，使得基于b l a c 姐nd s p 的设计功耗 减少了6 0 以上。 北京1 二业大学工学硕十学位论文 ( 3 ) 高度并行的计算单元 该体系结构内的计算单元使在相同周期内能执行的算术运算的次数最大化。 在每一个周期内，每个m a c 能在4 个独立的操作数上执行1 6 位乘1 6 位的乘法 运算。4 0 位a l u 能累加2 个4 0 位的数字或4 个1 6 位的数字。这种体系结构可 以处理8 位、1 6 位和3 2 位的数据字运算。 ( 4 ) 高性能地址产生器 两个数据地址产生器( d a g ) 用于产生支持高级d s p 滤波运算的地址的复合 装入或存储单元。对于d s p 寻址，它支持位倒序寻址和循坏缓冲；对于m s cm c u 载入和存储，支持自动增量、自动减量和基地址一) 立即偏移量寻址方式。它包 括6 个3 2 位地址指针寄存器( p o p 5 ) 和其它4 组3 2 位寄存器：变址寄存器( i o 1 3 ) ，修正寄存器( m o m 3 ) ，基址寄存器( b o b 3 ) 和长度寄存器( l o l 3 ) 。该d a g 还包括2 个用于嵌套零开销循环的循环计数器以及支持传输过程中饱和和限幅 的硬件。 ( 5 ) 极佳的代码密度 m s cm c u 编码一般都用时较长，因为它是线性写入的。d s p 编码一般用时 较短，并且包含较多的循环周期。b l a c k f l nd s p 体系结构支持多种长度指令。该 内核能将1 6 位控制指令与3 2 位d s p 指令一起混合并链接进6 4 位组，使内存分 组最大。当缓冲和读取内存时，内核自动完全填充总线长度分组，因为它没有排 列限制。这两个特点使得内核处理器具有优秀的代码密度处理能力。该内核体系 结构很容易为获得最佳软件代码密度提供多指令长度、指令混合及内存排列。基 于代码中使用的指令，还能自动混合1 6 、3 2 和6 4 位指令，而无需任何限制、方 式切换或代码隔离。 ( 6 ) 视频指令 b l a c k 6 n 处理器内核中有四个处理数据专用的视频a l u 。通过视频指令，每 个周期可以同时对四个像素点进行平均、求和及求绝对误差和等操作。 ( 7 ) 分层结构的内存 分层结构的内存缩短了内核对内存的访问时间，以获得最大的数据吞吐量、 较少的延迟和缩短的处理空载时间。此外，内存管理单元( m m u ) 能提供内存保 护，当内核工作在用户方式和监控方式时，内存保护支持全部o s 核心。0 s 核 心在监控方式运行，并且为了实际应用软件在用户方式下运行，将内存单元和其 他系统资源分开。而传统d s p 则不具有这种独特而强大的功能。 ( 8 ) 集成了大量的外围设备 通常，b l a c k f i n 系列处理器都具备s d r a m 控制器，异步存储控制器、同步 串口、异步串口、s p i 接口等等，部分型号的处理器集成了视频接口、网络接口、 p c i 和u s b 接口等等。 第2 审嵌入式处理器a d s p b f 5 6 l 及其开发环境 2 2a d s p b f 5 6 1 处理器介绍 a d s p b f 5 6 l 处理器是美国模拟器件公司( a d i ) 推出的b l a c k n n 系列中的高 性能产品，专门针对于多媒体和通信方面的各种应用。a d s p b f 5 6 l 的推出使 a n a l o gd e v i c e s 公司的b l a c k f i n 处理器系列得到了进一步的扩充，这款器件具有 由两个b l a c k 丘n 处理器内核构成的对称多处理结构。 a d s p b f 5 6 l 集成了两个工作频率均高达7 5 6 m h z 的b l a c k f i n 处理器内核 ( a d i 公司还提供了低成本的5 0 0 m h z 和6 0 0 m h z 版本) 和2 6 m b y t e s 的片上 s r a m 存储器。该片上存储器被分配于每个内核的专用、高速l l 存储器和一个 1 2 8 k b ”e s 大容量共享l 2 存储器之间。3 2 位外部端口和双1 6 通道d m a 控制器 提供了极高的数据带宽。片上外设包括两个并行外设接口( 均支持i t u r 6 5 6 视频 格式化) 和支持1 2 s 格式的高速串行端口。a d s p b f 5 6 l 集成了一套通用的数字图 像处理外围设备，为数字图像处理和多媒体应用创建了一个完整的系统级片上解 决方案【引。图2 1 为a d s p b f 5 6 l 系统结构图。 秉键控铜曩块 图2 1a d s p b f 5 6 l 系统结构图 2 2 1a d s p b f 5 6 1 内核结构 a d s p b f 5 6l 内核采用m s a ( m i c r os i g n a l 加c h i t e c t l j r e ) ，融合了微控制器和 数字信号处理器两方面的特征。它的每个b l a c k f i n 内核结构如图2 2 所示【3 1 。从 北京t q k 大学工学硕一 二学位论文 图中可以看出，每个a d s p b f 5 6 1 的内核有三部分组成：数据运算单元、地址运 算单元和程序控制单元。 一一一n r a a 翻删e n c 州f r 一一一一一。 图2 _ 2a d s p - b f 5 6 l 内核结构图 ( 1 ) 数据运算单元 2 个4 0 位的算术逻辑单元( a l u ) 、2 个1 6 位乘法器累加器( m a c ) 、4 个8 位视频a l u 以及1 个移位器，并且有8 个3 2 位的寄存器r 7 ：o 和2 个4 0 位的 累加寄存器a 0 和a 1 。a l u 执行定点的算术和逻辑操作，4 个视频a l u 可以高 速处理视频信息，2 个m a c 执行定点的乘法以及乘法累加操作，桶形移位器可 以进行1 6 位、3 2 位操作数的移位操作。各个算术单元可以并行处理，并且有单 指令多数据( s i m d ) 能力。 ( 2 ) 地址运算单元 2 个数据地址产生器d a g 0 和d a g l ，6 个指针寄存器p 5 ：o 】，一个帧指针 ( p f ) 寄存器，1 个堆栈指针( s p ) 寄存器，4 个索引寄存器i 【3 ：0 】，4 个修正寄存器 m 3 ：o ，4 个基地址寄存器b 3 ：o 】，4 个长度寄存器l 3 ：0 】。p 寄存器3 2 位宽， 主要用于地址计算。i 寄存器和b 寄存器存放的地址是存储器的字节地址，其中， i 寄存器存放的是有效地址，m 寄存器存放的地址修正量。i 寄存器中的值可加 上该修正量，也可以减去该修正量。b 寄存器和l 寄存器用于循环数据缓冲区。 b 寄存器存放循环数据缓冲区的起始位置，l 寄存器存放的是缓冲区的大小。每 一对b 寄存器和l 寄存器都有相对应的i 寄存器。例如，l o 寄存器和b o 寄存 器对应i o 寄存器。而任意的m 寄存器可以和任意i 寄存器对应。 第2 章嵌入式处理器a d s p b f 5 6 1 及其歼发环境 ( 3 ) 程序控制单元 程序控制单元负责程序流的控制。它提供下一条指令的地址来控制程序流。 每个b l a c k f i n 内核有两组零开销循环寄存器，通过硬件计数器代替软件指令来判 断循环条件。它有个8 级指令流水线，并且由控制器保证流水线是互锁的，不 需要程序控制，简化编程。为了提高指令流水线的效率，程序控制器可以进行分 支预测。它支持一个4 单元的指令循环缓冲，这样可以减少循环时的耿指令时间。 为了提高程序的执行速度，应该尽量减少程序的跳转和分支。 ，2 2 2a d s p b f 5 6 1 存储器结构 a d s p b f 5 6 1 把存储器视为一个统一的4 g b y t e s 的地址空间，使用3 2 位地 址。所有的资源，包括内部存储器、外部存储器和i 0 控制寄存器，都占据公共 地址空间中相应的部分，并且各自独立。此地址空问的各部分存储器按分级结构 排列，以提供高性能价格比。一些非常快速、低延迟的存储器( 如c a c h e 或s r a m ) 的位置非常接近处理器，而更大的、低成本低性能的存储器远离处理器。如图 2 3 所示。 l l 存储器是内核中性能最高最重要的存储器。l 2 存储器提供额外的存储能 力，性能较低。片外存储系统通过外部总线接口单元( e b i u ) 进行访问，可以由 s d r a m 、f l a s h 和s r a m 进行扩展，可以访问多达7 6 8 m b y t e s 的物理存储器。 存储器的d m a 控制器提供高带宽的数据传输能力，能够在内部l 1 l 2 存储器和 外部存储器空间之间完成代码或数据的块传输。 内部( 片内) 存储器 a d s p b f 5 6 l 有4 块片内存储器，提供到内核的高带宽的访问。 第1 块是b l a c 姐n 内核的l l 指令存储器，它由1 6 k b ”e s4 路组相联的 c a c h e 和1 6 3 y t e s 的s r a m 组成。c a c h e 存储器也可以配置成s r a m 。l 1 指令存储器以处理器的最快速度访问。当被配置成s r a m 时，存储器每个1 6 k b a n k 被分成4 个4 k 的s u b - b a n k ，每个s u b - b a n k 可以被处理器和d m a 独立地访 问。 啦f f f f f f f f o l f f e o o o “f f c o 呻 “f f b o 伸o o “f f b o 伽们 “f f m o - 邵 10 o h f f 0 加畸o “f f a 呻 o f f 锄帅 o i f f o # p o i f f 2 0 舯 0 4 f 4 0 l o t f f a x f e 孽2 “f e 8 0 o o o 正f | o o f o o i 如o o o 0 o t c 0 1 2 0 0 0 0 1 2 m o m o o o o t 却t 氧籼”p 州 c o f 隹 褂e - d r t 堪 p c o r e a 廿酗i o 舯 p c o r ee 捌rr e 甜5 t e r 5c o r em m rr e a s t 矾s ，y s t e mmmrr e b t e f 幡 l is c h t c h p ds r 4 k ， 睢s e f e d l tl h s t r u c o h 5 r 毗 c h e e k 、 s e r v l ti h s t r 忧1 一钥 1 k l 姗v m s e ，e d l d t b n kbs r w c c h ef 1 械 l ld t b n kbs r l l l o 拜e s e 刖e d l d t b n k s r k c h el t s k l 1d t 日 峨 s r a 柚f f 6 k l r e 5 日v l ts c r t c h p o s r h 4 x ) 阿e 5 e 飘v e d ui s r r u c t d n ；r 眦 c h l k r e s e 鼐v e d 晰s t r u c t l o ns r | 1 k l e 5 e 阿v e 口 r e s e r v e d l 1d t b n k 日s r m 尼 c h ei e 叼 | l i 口 t b n xbs r u i s k ) r e s 日v e o | l d t b h k s n h 庀 c h 芭f 1 瞄) l 1o t b i k s r a h 6 k 1 r e s r v e o l 2s r ( 1 髑k l r e s e r y e 口 b o o tr o u r e s e r v e d syncm h o r yb n k s y n cm e n o r ybhk2 synch h o r yb p 联1 s y n cm e m o r yb h xo r e 5 e r y e d s d r m 日 n k 3 9 d r u 日 n k2 s d r ub n k l s d r m 日h k 口 一0 j l f f 棚嘲 一a 球f 7 0 a 一o f f 弭 一o l f r t 一0 薛r t o f m 4 加 一o - f f 一o i f m 一口# f s oj 0 - o i f 目 - 一w m 一o x f f 一o i f h o 帅 卜v 图2 3a d s p b f 5 6l 内部外部存储器映射 第2 块片内存储器是b l a c k f i n 内核的l l 数据存储器，由4 个1 6 k b y t e s 的 b a n l ( 组成。l l 数据存储器的两个b a n k 可配置成2 路组相联c a c h e 或一个 s r a m 。另外两个b a n k 被配置成s r a m ，该存储器也以全速度访问。当被配置 成s r a m 时，存储器每个1 6 kb a n k 被分成4 个4 k 的s u b b a n k ，每个s u b - b a n l ( 可以被处理器和d m a 独立地访问。 第3 块是一个4 i ”e s 的临时数据s r a m ，它和l 1 存储器有相同的运行速 度，但是只能作为数据s r a m ( 不能配置为c a c h e ，也不能通过d m a 访问) 。 第4 块片内存储系统是l 2s r a m 存储器阵列，它提供1 2 8 k b y t e s 高速 s r a m ，以内核速度的一半进行访问，比访问l l 存储器b a m ( 有稍多的延迟。 l 2 存储器是一个独立的指令和数据存储器，可以保存系统设计所要求的任意代 码和数据的组合。两个b l a c 嫡n 内核共享一个专用低延迟6 4 位宽的通道端口， 用于访问l 2s r a m 存储器。 外部( 片外) 存储器 a d s p b f 5 6 l 外部存储器通过外部总线接口单元( e b i u ) 进行访问。此接口可 与多达4 个b a n k 的同步d r a m ( s d r a m ) ，或与多达4 个异步存储设备( 包括 f l a s h 、e p r o m 、r o m 、s r a m 和存储器映射i o 设备等) 无缝连接。 i 0 存储器空间 b l a c k f i n 处理器没有定义独立的i o 空间，所有的资源都被映射到统一的3 2 第2 章嵌入式处理器a d s p b f 5 6 1 及其开发环境 位地址空i 白j 。片上i 0 设备的控制寄存器被映射到靠近4 g b ”e s 地址空间顶端的 存储器映射寄存器( m m r ) 地址范围内。这个地址空问又被划分为两个部分，一部 分包含设置所有内核功能的控制m m r ，另一部分包含用于设置和控制内核以外 的片内外设的寄存器。内核m m r 仅在管理员模式下可被内核访问，并且被看作 是片内外设的保留空间。 2 2 3a d s p b f 5 6 1 夕卜设坌吉构 a d s p b f 5 6 l 的外设接口主要有以下几部分： 两个并行输入输出外围接口单元，支持i t u r 6 5 6 视频数据格式，可与 a d i 的模拟前端a d c 无缝连接。 2 个双通道全双工同步串行接口，支持8 个立体声1 2 s 通道。 2 个1 6 通道d m a 控制器和1 个内部存储器d m a 控制器。 s p i 兼容端口。 1 2 个通用3 2 - b i t 定时计数器，支持p w m 。 支持i r d a 的u 址汀。 2 个“看门狗”定时器。 4 8 个可编程标志引脚。 1 x 6 3 x 倍频的片内p l l 。 2 3a d s p 珈f 5 6 1 开发环境介绍 a d i 公司提供一套完整的b l a c k f i n 软硬件丌发工具，包括仿真器和v i s u a l d s p + + 。m 开发环境【4 1 。仿真器能够对b l a c k f i n 实现全仿真，还支持对其他a d i 的j t a gd s p s 芯片的仿真。 利用v i s u a ld s p + + 项目管理环境，程序员可以开发和调试应用程序。这个环 境包括一个基于代数语法的易于使用的汇编器，一个归档器( 库和库建立工具) ， 一个链接器，一个加载器，一个精确到时钟周期、指令级的模拟器，一个c c + + 编译器和一个包括d s p 和数学函数的c c + + 运行库。这些工具的最重要特点是 c c + + 代码的有效性。编译器能有效地将c c + + 代码转换为b l a c 姬nd s p 的汇编 代码。b l a c k f i nd s p 体系结构的特点也提高了c c + + 代码的编译效率。 v i s u a ld s p + + 调试器有许多重要的功能。绘图功能非常灵活，增强了数据的 可视化能力。这种用户数据的图形化显示使程序员能快速确定一个算法的性能。 随着算法复杂性的增加，这个功能对与设计者开发进度的重要性也不断提高。统 计性能分析功能使程序员可以在不干扰处理器运行的情况下访问处理器。这一 北京t 业大学t 学顺十学位论文 v i s u a ld s p + + 独特的功能使程序员能以被动方式获取重要代码的执行尺度而不 中断程序的实时特性。从本质上讲，开发者可以快速的找出软件的瓶颈所在。通 过使用性能分析工具，程序员可以将注意力集中到影响程序性能的区域并采取相 应纠正措施。用v i s u a ld s p + + 调试器调试c c + + 和汇编程序时，程序员能够： 查看混合的c c + + 和汇编代码( 交叉资源和目标信息) 。 插入断点。 根据寄存器、存储器和堆栈设置条件断点。 跟踪指令执行。 对执行的程序进行线性或统计性能分析。 对存储器进行f i l l 、d u m p 和绘图操作。 执行源程序级调试。 创建用户调试窗口。 v i s u a ld s p + + i d e 能够让程序员定义和管理d s p 软件开发环境。它的对话 框和属性页可以止程序员配置和管理所有的丌发工具，包括v i s u a ld s p + + 编辑器 里的语法高亮颜色。这些功能允许程序员： 控制丌发工具如何处理输入和产生输出。 维护与命令行操作一一对应的操作。 v i s u a ld s p + + 内核( v d k ) 提供进度和资源管理功能，能够根据存储器地址和 d s p 程序定时约束进行裁剪，能使工程师在开发新程序时提高编程效率，不用从 头写起。v d k 的特征包括线程，c r i t i c a l 和u n s c h e d u l e dr e 西o n ，s e m a p h o r e s ，事 件和设备标志。v d k 同时也支持优先级的、抢占的、协作和时间片的方法。此 外，v d k 是可裁剪的。如果应用程序不使用某种功能，可以将支持此功能的代 码从目标系统中清除。因为v d k 是一个库，开发者可以决定是否使用它。v d k 已被集成到了v i s u a ld s p + + 开发环境中，也可以通过标准的命令行工具使用。当 使用v d k 调试一个程序时，开发环境帮助开发者解决许多易犯的错误同时帮助 管理系统资源，自动配置许多v d k 基础目标的阶段。并可视化系统状态。 a d i 公司的d s p 仿真器使用i e e e1 1 4 9 1j t a g 测试访问端口，在仿真时监 视和控制目标板上的d s p 处理器。仿真器提供全速仿真，允许查看和修改存储 器、寄存器和处理器堆栈。使用处理器j t a g 接口可确保进行不干扰处理器运行 的在电路仿真仿真器不会影响目标系统的装载和定时。 除a d i 公司提供软硬件开发工具外，第三方也提供了许多支持b l a n k 矗nd s p 系列的工具。硬件工具包括a d s p b f 5 x xe z k i tl i t e 评估开发卡，软件工 具包括d s p 库、实时操作系统和方框图设计工具等。 第2 章嵌入式处理器a d s p b f 5 6 1 及葵开发环境 2 4 本章小结 a d ib l a c k f i n 系列数字信号处理器的特性适合于多媒体信号处理方面的应 用，本系统采用的嵌入式核心处理器为美国模拟器件公司( a d i ) 推出的b l a c k n n 系列中的高性能产品a d s p b f 5 6 l 。本章介绍了该处理器的内核结构、存储器结 构、外设结构，以及软件集成开发环境v i s u a ld s p + + 、仿真器和评估板的特点与 性能。 第3 章h 3 2 3 协议 第3 章h 3 2 3 协议 3 1 h 3 2 3 协议简介 i t u t 颁布的h 3 2 3 是一个“基于分组的多媒体通信系统”的协议，通过人 们多年的研究、改进和完善，它已经被世界各国i p 电话系统广泛采用，成为目 前i p 电话系统中最主要的协议。随着应用领域的扩展，h 3 2 3 协议也在不断的 改进，增加新的内容1 2 j 。h 3 2 3 从第2 版开始便增加了适用于电信级i p 电话网的 特性，第3 、第4 版更是增强和完善了做大网的特征，重点针对i p 电话网的稳 定性、冗余性、可扩展性等问题做了补充，保证通话质量。h 3 2 3 标准包括了在 无q o s 保证的分组网络中进行多媒体通信所需的技术要求，这些分组网络包括 l a n 、w a n 、i n t r a j l e t 、i n t e m e t 以及使用p p p 等分组协议通过p s t n 或i s d n 的 拨号连接或点到点连接网络。可以说h 3 2 3 协议是成熟的协议，具备做电信级大 网的特征。 3 1 1h 3 2 3 系统及其组成 h 3 2 3 协议从总体上来说，它涉及到终端设备、视频、音频和数据传输、通 信控制、网络接口等多方面的内容，还包括了组成多点会议的多点控制单元 ( m c u ) 、多点控制器( m c ) 、多点处理器( m p ) 、网关( g w ) 以及h 3 2 3 独有的网守 ( g k ) ，它实际上是一系列协议。 h 3 2 3 系统的基本组成单位是“域”( z o n e ) 。一个h 3 2 3 系统的域是一个有 网守( g k ) 管理的网关( g w ) 、多点控制单元( m c u ) 和所有终端的集合。一个域至 少包括一个终端，而且必须有且只有一个网守( g k ) 垆j 。 h 3 2 3 为基于i p 网络的通信系统定义了四个主要部分：终端( t e 姗i n a l ) 、网 关( g a t e w a y ) 、网守