（电子科学与技术专业论文）基于dm642千兆网视频传输技术的研究.pdf

摘要 随着人们对视频质量要求的不断提高，视频传输数据量日益增大原有的百兆网 络传输带宽己经无法满足实际的需求为了解决视频传输的实耐性的问题t 使大数据 量视频的实时传输成为可能本文提出一种基于嵌入式数字娃理器的千兆网视频传输 技术。 本文提出的技术咀美国t i 公司的高性能数字媒体处理器t m s 3 2 0 d m 6 4 2 作为多媒 体处理平台实现了单路d l 格式的视频采集，井对该视频采用高性能的视频编码技术 h 2 6 4 进行压缩编码然后通过干兆以太网络媒介将视频数据传输到客户端进行解 码显示。该技术突破了嵌入式系统i o m i o o m 以太网传输带宽的瓶颈实现了高质量视 频的蛮时传输。 关键词：d m 6 4 2 嵌入式系统千兆以太网 a b s t r a c t a st h er e q u i r e m e n t so fv i d e oq u a l i t yi m p r o v ec o n t i n u o u s l ya n dt h ed a t aq u a n t i t yo f v i d e ot r a n s m i s s i o ni n c r e a s e sd a yb y d a y t h eo r i g i n a l f a s tn e t w o r kb a n d w i d t hh a sb e e n u n a b l et om e e tt h ea c t u a in e e d s j no r d e l - t os o l v et h ep r o b l e mo fr e a l - t i m ev i d e ot r a n s m i s s i o n s ot h a tt h el a r g ev o l u m eo fd a t a r e a l - t i m ev i d e ot r a n s m i s s i o nb e c o m ep o s s i b l e t h i sp a p e r p r e s e n t st h eg i g a b i tn e t w o r kv i d e ot r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y b a s e do ne m b e d d e dd i g i t a l p r o c e s s o n t h e 【c c h n o l o g yu s e dt h eu n i t e ds t a t e st i sh i g hp e r f o r m a n c ed i g i t a lm e d i ap r o c e s s o r t m s 3 2 0 d m 6 4 2a sam u l t i m e d i ap r o c e s s i n gp l a t f o r m t oa c h i e v es i n g l ed if o r m a to ft h e a n a l o gv i d e oc a p t u r ea n du t h eh i g hp e r f o r m a n c ev i d e oc o d i n gt e c h n o l o g y h2 6 4t o c o m p l e t ec o m p r e s s i o nc o d i n g a n dt h e nt r a n s m i tv i d e od a t at ot h ec l i e n tf o rd e c o d i n ga n d d i s p l a yt h r o u g lt h ee t h e r n e tn e t w o r km e d i at h et e c h n o l o g yb r e a k t h r o u g ht h eb o n l e n e c ko f e m b e d d e ds y n e m1 0 m 1 0 0 me f a e m e tt r a n s m i s s i o nb a n d w i d t h a n dr e a l i z er e a l - t i m e t r a n s m i s s i o no f h i g hq u a l i t yv i d e o k e yw o r d sd n 6 4 2e m b e d d e ds y s t e mg i g a b i te t h e r n e tn e t w o r k i n g 目录 摘要 a b s t 姒c t 目录 第一章绪论 11 引言 12 研究的目的和意义 i 3 国内外发屣状况 1 4 论文内容的安排， 第二章网络视频传输的硬件实现 2it m s 3 2 0 d m 6 4 2 图像处理器 2 2 存储器的硬件电路设计 2 3 视频采集的硬件电路设计 2 4 视频显示的硬件电路设计 25 视频网络传输的硬件电路设计 26 其他外围电路的设计， 第三章h 2 6 4 视频压缩标准及算法移植与优化 3 i i 2 6 4 视频压缩标准 3 2h 2 6 4 算法移植 33 算法的优化 第四章流媒体铷议 41 网络分层 4 2 流媒体的概念 4 3r t p 协议介绍 4 4r t c p 坍议 ， 45r t s p 协议 第五章网络视频传输的软件实现 51d s p b o s 的配置 5 2d m 6 4 2 网络编程的实现 53 网络视频传输的实现 第六章总结与展望 6 i 总结 6 2 未来展望 致谢 参考文献 0 0矗；0 m m坩擒船蛄盯盯凹驼耵盯叭拈蚰拍蛳蛆柏 1 1 引言 第一章绪论 近些年来，越来越多的研宄人员开始关注嵌入式视频处理系统的应用和研究问题， 因此这项技术现在发展的非常迅速。对于视频这项技术来说，它涉及到了很多学科的 技术在它的基础上又有很多新的研究方向和技术衍生出来，例如现在常见的动态目 标跟踪、人脸识别的技术，视频压缩算法的研究等等。同时，嵌入式视频处理系统在 现代高科技的生活中得到了广泛的应用比如在机场或者港口等一些公共场所所使用 的视频监控设备、交通路口所设置的监控装置等等。但是这项技术在发展的过程中遇 到了瓶颈问题，那就是视频传输的问题信道带宽为i o i o o m 的以太网已经无法满足 此项技术中对于能实时进行视频传输的要求寻找更高带宽的信道成了解决这个瓶颈 的主要途径。随着千兆以太网技术的广泛推广和视频压缩算法的日趋成熟，把它与嵌 入式数字多媒体处理器t m s 3 2 0 d m 6 4 2 ( 咀下简称d m 6 4 2 ) 相结合可以开发出一套高 性能的嵌入式千兆以太网视频传输系统，这样的系统可应用于安防监控系统、军事敌 我识别等领域在未来社会中将具有广泛的实用价值。 12 研究的目的和意义 随着信息技术革命的j 辇入计算机技术也在不断的快速发展图像处理技术的应 用也变得越来越普遍了所以如何实现快速、实时的数字圈像处理技术已经成为越 来越多的人们最关注的课题之一。针对上述情况，嵌入式系统的出现为这个问题带来 了新的生机人们提出了采用存储容量更大、运算速度更快的3 2 位或者是6 4 位的嵌 入式处理器来替换以前使用的8 位以及1 6 位的处理器这样使得数字图像处理速度 有了明显的提高。通过这种方式能罅较好地提高图像处理速度但是如何实时地传输 图像叉成为了一个新的研究内容。如果处理速度快了，而传输速度跟不上处理的速度 就会导致处理器出现闲置的现象造成资源的浪费。而图像处理的实时性问题总体上 受图像f f 匀传输速度和处理速度两个方面的制约这两方商缺一不可，所以寻求这两 方面的折中办法是图像处理技术的堆终目标。 目前很多用户选择1 1 公司的c 6 0 0 0 系列的d s p 作为图像数据采集和处理的嵌入 式处理嚣。这个系列的d s p 具有很多的优点，它的工作频率能选到上百万兆赫兹之高， 外部接口非常丰富，能和视频的d a 和a d 芯片、s d r a m 、f l a s h 等芯片进行无缝 连接有r c 、h p l 、f c i 和e m a c 等多个通信接口与外部进行通信。这些优点都根适 台图像的采集与处理系统的应用特点。而且，t m s 3 2 0 d m 6 4 2 型号的d s p 芯片是t i 公司面向数字媒体摊出的3 2 位定点的芯片使得其更适用于数字图像数据的处理确 保了图像处理的速度问髓。 现在用于图像数据传输的通信接口主要有i e e e l3 9 4 接v a ”。、u s b 接e l “、c a m e r a l i n k 接i s i ”。和百兆网络接口等等。虽然这些常用的接1 2 1 通常都能选到几百兆的通信速 度但是仍然满足不了图像实时传输的要求，因此这项技术中始终存在着一些瓶颈 问题。例如u s b 20 接口，它的理论速度已经能够达到4 8 0 m b p s 但是对于实时传输大 批量图像数据还远远达不到要求。现在支持i e e e l 3 9 4 接口的设备不是很多而且它需 要占用大量的资源，需要高速的c p u 系统支持，因此这种接口的应用比较少。同时这 些传输方式中存在着一个最致命的问题就是它们无法实现远距离传输，这一点决定 了它们在军事和工业生产中的应用有很大的局限性。 当今随着多媒体技术，网络技术的发展越来越多的用户利用网络通过系统总线 来实现数据的传输。而且十兆位和百兆位的以太网数据传输技术已经广泛应用于实际 生活之中。然而，随着数据流量日益增加，一个d 1 模拟队l 制式视频图像的数据量 就有( 7 2 0 ( 列) x 5 7 6 ( 行) x 2 5 f 帧) x8 ( 位) ) ，( 1 0 2 4 x 1 0 2 4 ) 7 9 ( m b i f f s ) ，除去图像处理 所用的时问外还得保证实时传输的问题显然传统十兆、百兆以太网在客户服务器 计算环境中根本不能满足要求。在这种通信拥塞问题下千兆以太网顺应了社会的需 要，迅速地发展了起来。嵌入式系统的网络视频传输现在已经广泛应用在i p 可视电话 。1 、实时监控系统以及视频会议上。由此看来使用嵌入式处理器t m s 3 2 0 d m 6 4 2 进 行图像的采集和处理然后利用千兆以太网实现图像数据的传输变的尤为重要了。 13 国内外发展状况 1 31 国外研宄现状 嵌入式系统和咀太网相结合的想法很早就已经有了，但是这项技术其有很多的困 难。其中最重要的是当时的咀太网的速度达不到工商业网络通信的要求：另外，当 时的嵌入式系统中其有少部分3 2 位以上的处理器能满足各种网络通信协议对1 援入式系 统的存储容量、运算速度问助的要求其他的都达不到要求。施乐公司( x e r o x ) 在1 9 7 3 年首次提出了以太网技术并实现了这项技术。然后，施乐公司叉与d i g i t a l 公司和i n t e l 公司强强联手共同推出了1 0 m b p s 的d i x 以太网标准。以太网技术于1 9 8 3 年正式成 为了i e e e 8 0 23 标准：1 9 9 5 年咀太网技术有了第一次飞跃。以太网标准顺利通过了 i e e e 8 0 23 u 快速以太删标准；继而叉在1 9 9 8 年i e e e 8 0 23 z 千兆以太网标准被正式发 布了；四年后i e e e s 0 2 3 a e 以太网标准正式通过，至此，以太网技术的发展和成长已 经经历了2 0 多年并被全世界广泛应用。 全世界i t 组织和一些公司从8 0 年代起就开始了对嵌入式系统的研发工作，而且 他们开发的大多数处理器都支持网络协议，例如m o t o r o l a 公司开发的m 6 8 h c 系 列嵌入式处理器、r a b b i t 半导体公司研发的r a b b i t 2 0 0 0 3 0 0 0 处理器以及a m d 公司开 发的a m l8 6 系列嵌入式处理器等等。数字信号处理器( d s p ) 的出现使得对于数字信号 的处理提供一种全新的选择在相对低成本的条件下实现了数字信号的实时的高精度 算法处理，以t l 公司的d s p 为例来说c 6 0 0 0 系列定点d s p 可以给用户提供高速运 算能力和足够大的系统存储容量。同时，以太网的技术也得到了飞速的发展t 特别是 千兆以太网技术的出现更加使嵌入式以太网的研究条件变得成熟起来。现阶段t 国外 已经把嵌入式以太弼技术广泛地应用在军事，工业远程监控等领域上了，并且已经开 始着手研究嵌入式万兆以太网技术了。 1 3 2 国内研究现状 在国内，千兆以太网的应用还仅仅停留在p c 机系统的网络上使用。而在嵌入式领 域，干兆以太网技术的应用还比较少。国内的嵌入式视频传输大部分还使用1 0 0 m 以 太网的标准这样的方式是以牺牲视频质量或者缩小视频尺寸格式为代价，不利于视 频以后的发展。但视频会议、安防监控等应用的迫切需求使得国内大部分的研宄人 员只关注眼前的利益追求视频编解码的更高质量而没有从根本上解决视频传输的 问题。视频传输的根本问题是视频传输的带宽远远跟不上视频数据量发展的速度。只 有在根本上解决了视频的带宽问题，视频的发展才会更快更健康近几年随着视频商 品的发展需求。在国内已经有越来越多人加入研究，井取得一些成果。但仅仅是在商 业领域上的运用。所以有理由相信，嵌入式系统利用千兆网实现高速的图像数据传输 的技术将柬会在军事、工业颁域的应用也会发挥更大的作用。 14 论文内容的安排 本文的主要研究内容是把千兆网技术和高性能数字媒体处理器嵌入式处理器 t m s 3 2 0 d m 6 4 2 相结合开发一个实时的嵌入式网络视频处理系统完成视频的采集 视频的显示视频的处理以及视频的传输等功能。 论文的具体章节结构安排如下： 第一章绪论。阐述了课题基于d m 6 4 2 千兆网视频传输技术的研究背景分析国 内外的发展状况1 = 上及提出研究的目的和意义， 第二章d m 6 4 2 网络视频处理系统硬件设计。阐述了本系统的硬件平台的搭建。 完成了该系统的外扩存储器，视频采集的视频a d 、视频显示的视频d a ，网络传输的 网络芯片等各个功能模块的芯片的造型和硬件设计。 第三章h 2 6 4 视频压缩标准介绍及算法移植与优化。介绍了h 2 6 4 视频压缩标准 实现了h 2 6 4 算法在d m 6 4 2 上的移植以及优化。 第四章流媒体协议介绍。介绍了流媒体的概念，分析了流媒体协议的具体工作 原理和报文结构为在嵌入式千兆视频传输系统上实现传输层和应用层的协议馓理论 知识的准备。 第五章网络视频传输的软件实现。包括如何配置d s p 嵌入式系统d s p b i o s 如何在d m 6 4 2 上实现网络编程，以及如何完成客户端的视频的接收显示。 第六章总结与展望。总结了基于d m 6 4 2 的嵌入式干兆视频传输技术的在研究过 程中遇到的一些问题及解决方法，提出了该系统还霈完善之处。并对于该技术在以后 的发展和应用做出了展望。 力 选 频 理 2 t m $ 3 2 0 d m 6 4 2 ( d m 6 4 2 ) 足t “美国德州仪器) 公司经过研发人员的努力共同打造 的一款t _ m s 3 2 0 c 6 0 0 0 d s p 平台上的3 2 位高性能多媒体定点d s 旷1 ，基于第二代v l i w 结 构”、具有6 4 个3 2 位通用寄存器2 个乘法器和6 个算术逻辑单元均可以并行运行，因此 多条指令可同时执行。d m 6 4 2 在主频6 0 0 m h z 时钟速率下可以在一个指令周期内并行 执行8 条3 2 位指令，具有4 9 0 0 m i p s 的峰值运算速度：在主频7 2 0 m h z 下处理速度甚至达 到5 7 6 0 m i p s ，具有非常强劲的运算能力。 2 1 1c a c h e 结构 d m 6 4 2 采用的结构是两级高速缓存( c a c h e ) ，其中第一级缓存中叉包括两种方式： 1 6 k b y t e 的程序缓存空间用l i p 表示：1 6 k b y t e 的数据缓存空间用l i d 表示。而第二 级缓存( l 2 ) 中的程序空问和数据空间不是相互独立的，而是有2 5 6 k b y t e 的存储空间供 它们共同使用井且可以根据具体的需要把它配置为2 5 6 k b y l e 的存储器映射 ( m e m o r y ) 或者是2 5 6 k b y t e 的高速缓存( c a c h e ) ，或者是两者的结合。c p u 只与l 1 缓存 空问打交道，程序代码和数据必须经过逐级搬移从外扩存储器到l 2 ，然后再到l 1 ， 才能被c p u 访问。 2 1 _ 2 增强d m a 控制器( e d m a ) d m 6 4 2 芯片相对于其他芯片来说它的e d m a 模块具有较多的通道，一共是6 4 个 逋道，这些通道的外 ；| 带宽一共能达： 1 2 g b s 的速度。每个通道都与一个特定的事件相 连，通道闻还可以设置优先级支持不同数据位8 b i l 、1 6 b i t 和3 2 b i t 不同的数据组 织类型数据单元，帧阵列块一维，二维等的传输链接。 e d m a 数据传输有两种启动方式：c p u 发起的e d m a 数据传输( 非同步方式) 和事 件触发方式e d m a 数据传输( 同步方式) 如果需要完成一个事件触发一个序列进行传 送这个过程r 衙要把e d m a 配置为l i n k i n g 方式：若需要完成一个通道的数据传输的 启动是由另外一个通道的传输完成来触发这时只需要把e d m a 配置为c h a i n i n g 方式 ”。灵活多变的工作方式可以使得片外存储的数据迅速地导入到片内进行高速的处理t 提高了工作效率。 2 13 外部存储器接口( e m if ) d m 6 4 2 自c j e m i f 接口是专门管理外部存储器连接的接口，所盘持的最高总线速度能 够达到i3 3 m h z 可以分配4 个存储空闻能够支持不同数据宽度的外部器件包括8 位- 1 6 位。3 2 位和6 4 位，实现d s p 与各种同步和异步存储器的无缝连接包括管道同步b u r s t s r a m ( s b s r a m ) ，z b ts r a m 、同步d r a m ( s d r a m ) ，异步器件如s r a m ，e p r o m 和f i f o 、外部共享内存设备等，外部存储器可寻址空间摄大能达到1 0 2 4 m b 。 21 4 视频端口 d m 6 4 2 具有3 个可配置视频端口( v p 0 ，v p l v p 2 ) 每个v p 口被分为a 、b 两个通道。 可以同时被配置为输入口或者同时被配置为输出口。 d m 6 4 2 ；e ；片的视频端口的特殊设计，使得它可以支持报多不同的视频解决方法以 及标准，如常见的c c i r 6 0 1 i t u b t6 5 6 等视频标准它都支持，适合各种视频流的输入 和输出。 2 1 5p c i 、h p i 和以太网接口 d m 6 4 2 上的这三种外设复用了同一组引脚可以配置为3 2 位p c i 接口或者是3 2 位 h p i 接口叉或者是1 6 位h p i + 以太网接口。 p c i 总线可以运行在3 3 m h z 或6 6 m h z 支持p c i 22 协议支持p c i 主、从两种模式 的总线传输。 h p i 能够在1 6 - b i t 或3 2 b i t 模式下运行。除此之外主设各还可以通过h p i 端口访问 d s p 的整个内存空问。 以太网接口( e m a c 接口) 符台i e e e 8 0 23 标准“。在d s p 核及网络之问提供高效 的接口。能够自动匹配i o m b p s 或1 0 0 m b p s ，可以支持半双工和全双工的通信方式，井 且具有硬件流控制和服务质量保证( q o s ) 支持的功能。 2i 6 其他外设接口 d m 6 4 2 除了拥有e 述强大的多变的外设接口以外还有以f 的一些重要的外设： 1 个符台i e e e l l 4 9 1 标准的j t a g 接口：1 个管理数据输入输出模块( m d i o ) ：1 个支 持音视频同步的v c x o 内插控制接i q ( v i c ) ：l 十多通道串行音频接口m c a s p ：1 个1 2 c 总线：2 个多通道串行接i ：1m c b s p ：3 个3 2 位通用定时器；1 个1 6 引脚的通用 辅入输出口( g p i o ) 具有可编程中断事件产生模式。 d m 6 4 2 除了拥有强大的运算能力之外，还具有丰富的外设接口非常适合作为视 频类的开发的图像处理器。如图21 所示，为d m 6 4 2 内部结构框图 1 一 “：嚣三一 l 曼卜一 l ! 塑! j _ _ # - i l “i 。 戮嚣h 裂 j 晶# i i mi j | _ # - 卧i - # f i f 溅h 慧 悭j ! 型圳! ! 竺! 】! 【 - u m n 一 t ：m 1 hl i d u # m f w f r 一 t 【! _ - t f l r l i i i 丽面m l 一、靠音卜一 = = 雷面矗 o i 一五瓣西赫蕊一喜雩喜i 图2 1d m 6 4 2 内部结构框图 22 存储器的硬件电路设计 本节主要设计d m 6 4 2 的外扩存储器。在微机系统中外扩存储器是必不可少的一 个重要环节但在d m 6 4 2 中，是可以缺省的。前面所述中提到d m 6 4 2 采用两级c a c h e 结构，其中第二级缓存l 2 具有2 5 6 k b y t e 的空间，可以作为数据和程序代码的菸用。 但在本系统中采集的图像为d 1 格式( 7 2 0 x 5 7 6 个像素) 因此只能通过外扩存储器的 方法来达到图像数据的存储。需要外扩存储器包括用以存储数据的s d r a m 和用以存 储程序代码的f l a s h 。 2 2 1s d r a m 的硬件电路设计 在率系统中外扩s d r a m 芯片主要用来存储视频数据。根据l + 述d m 6 4 2 中e m i f 的特性te m i f a 域尤的时钟总线可达1 3 3 m h z 町眺与s d r a m 无缝连接县有四个片 使艟因此可以把外扩的6 4 一b i ts d r a m 的存储空问映射| i i c e 0 空间供数据存储所使 用。d m 6 4 2 的s d r a m 存储空间的配置：s d r a m 的组是通过e a l5 引脚和e a l 6 引脚进 行控制的行地址是通过e a 3 - e a l 4 引脚进行控制列地址是通过e a 3 - e a l l 引脚进行 控制最后把片选信号接到d m 6 4 2 的i 面上，从而实现了s d r a m 完美的配置到c e 0 空 间上。s d r a m 的寻址空间的具体定位为：0 x 8 0 0 00 0 0 0 0 x 8 l f ff f f f 。 t m s 3 2 0 d m 6 4 2 的s d r a m 接口图如图2 2 所示。 2 2 2f l a s h 的硬件电路设计 圉22s d r m 接q 电路圈 d m 6 4 2 的e m i f a 除了能和s d r a m 相连之外j 丕可咀和f l a s h 相接。本系统的 f l a s h 采用的是a m d 公司生产的a m 2 9 l v 0 8 1 1 0 0 e 1 容量为i m 8 - b 沁最快的存取 速度时间为l o o n s 供电电压为+ 3 3 v 。当d m 6 4 2 复位上电后d s p 通过e d m a 模块 把1 k 字节的数据从外部的f l a s h 存储空间读到内部存储空间t 运行的时候就是从l ， 空间0 x 0 处开始圈此d m 6 4 2 的c e i 空问必须配置为f l a s hr o m 在d s p 存储器 qr 对_ ：i 的地址足0 x 9 0 0 0 0 0 0 0 o x o o o f f f f f 圈23f 1 a s h 电路连接圈 23 视频采集的硬件电路设计 视频采集模块采用的是t i 公司专门为视频系统开发的一款小体积超低功耗的视频 解码芯片t v p 5 】5 0 a m i t 支持n t s c ，队u s e c a m 等格式的视频信号可以接收2 路 复台视频信号( c v b s ) 或i 路s - v i d e o 信号，可以输出8 位4 ：2 ：2 的f t u rb z 6 5 6 信号，以及8 位4 ：2 ：2 的l t u r b t 6 0 1 信号。t v p 5 1 5 0 a m l 是通过1 2 c 总线设置内 部寄存器，其车身的1 2 c 地址是通过读取y o u t 7 引脚的高低电平来决定。若设置该芯 片的1 2 c 地址为0 x b g h ，h 需把y o u t 7 引脚f 拉至低电平若设置该芯片的1 2 c 地址 为0 x b a h 则把y o u t 7 引脚上拉至高电平即可。t v p 5 1 5 0 a m l 与d m 6 4 2 的连接示 虐如图2 4 所示 蘸 帆。鼹 圈24 视额来壤电路连接随 24 视频显示的硬件电路设计 视频显示模块选用的是a n a l o gd e v i c e 公司的芯片级n t s c ，p a l 视频解码器 a d v 7 1 7 9 b c p ，具有高级电源管理功能适合应用在功耗敏感的区域提供适用于8 位c c i r 6 5 6 标准视频输入的选项和可编程输出选项适用于复合视频、s - 视频和分量 视频格式具有高级滤波功能( s s a f 滤波嚣) 和最高达一8 0 d b 的专业级视频信噪比 ( s n r ) 可在小屏幕上实现出色的显示质量。该芯片采用紧凑的芯片级封装尺寸仅为 6m m 6 m m 非常适合各种优先考虑封装空间的视频应用。 图25a d v 7 1 7 9 电路连接图 25 视频网络传输的硬件电路设计 由于d m 6 4 2 上只有1 0 1 0 0 m b p s 的以太网接口，没有集成1 0 0 0 m b p s 的网络接口 为了实现干兆视频的传输，只能通过其他的接口方式与千兆以太网控制器相连。根据 传输速率以及接口类型限制选择p c i 总线接口的千兆以太网芯片是最适合和d m 6 4 2 相连，实现1 0 0 0 m b p s 的数据传输的。因为p c i 22 总线标准。中的地址总线和数据总 线全部都是3 2 位的可以工作在3 3 m h z 或者6 6 m h z 频率下传输速率理论上能达到 1 0 5 6 m b p s 或者2 1 1 2 m b p s 带宽满足1 0 0 0 m b p s 的要求。因此本系统选用一款带有p c i 22 总线标准接口的干兆咀太网控制器8 2 5 4 1 e r 。 2 5 1 千兆以太网控制器的介绍 i n t e l 公司的8 2 5 4 1 e r 器件是款独立的千兆以太网控制器它内 ；| ：集成了千兆以 骶黯通；j 一疽露。卦一 卜ol三鬈。誊蓍一 舅霉溪 一一至 太网媒体接入控制( m a c ) 和物理层( p h y ) 的功能为1 0 0 0 b a s e t t1 0 0 b a s e _ t x t 和1 0 b a s e ，t ( 8 0 2 3 8 0 23 u ，和8 0 23 a b ) 提供一个标准的8 0 23 以太网接口，能够发 送和接收的数据率为1 0 0 0 m b p s 1 0 0 m b p s 或1 0 m b p s 。此外该控制器还提供了一 个3 2 位宽的直接外设组件互连( p c i ) 2 3 标准接口，可以运行在3 3 m h z 或6 6 m h z 。 8 2 5 4 1 e r 架构是专为高性能和低内存延迟设计的。尽管它的地址和数撼字的信息 量桓大但是宽阔的内部数据通路能够很好地消除性能瓶颈的问题。井且架构中完普 的中断处理功能可以限制p c i 总线阻塞使得总线有效使用率晟大化。高效的环形缓 冲医描述符数据结构，当可用的p c i 带宽发送变化时，片上6 4 k 字节的数据包缓冲区 保持优越的性能。此外使用硬件加速。控制器从主控制器卸载任务t 如t c p u d p i p 校验计算和t c p 分段。 2 5 2 接口电路连接 8 2 5 4 l e r 片上提供多种信号的输入和输出，如p c l 总线接口信号、e 2 p r o m 和串行 f l a s h 接口信号、物理层信号、测试接口信号、电源供应管脚及其他通用信号等等- 本 节着重介绍本系统q z 8 2 5 4 1 e r 与d m 6 4 2 相连重要的p c i 总线接口信号1 , 9 , 及d m 6 4 2 与 8 2 5 4 1 e r 的p c i 接口的连接示意图。表2 2 所示为p c i 地址、数据和控制信号的功能列表。 轰2 2p c 】地址，数据和控制信号 p c i 总线进行数据传输时，一个p c i 设备做主控设备另外一个作为从设各使用 总线上的所有时序的产生和控制都是由主控设备来实现的：仲裁器负责仲裁p c i 总线上 同一时刻主从设备的总线请求决定哪个设备拥有总线的使用权。由于专用配j p c i 仲裁 嚣价格比较昂贵而且不便于集成因此本文决定采m c p l d 来完成仲裁器的工作，讣 配总线拄制权”“其仲裁状态机如图26 所示 d s p r 10 、 d s pr e q 图26c p l d 仲裁器状态机 当p c i 总线进行操作时主控设备先把r e 删置低，请求总线控制权，当得到仲裁 器的许可( g n w ) 时f r a m e # 将变为低电平此时可在a d 3 l ：0 1 上发送从设备的地址， 井且在c b e # 发送命令信号，目的是说明后续要传输的数据类型。这时p c j 总线上的所 有设备都需要译码a d 总线的地址从设备需要设置d e v s e l # 来表明自己被选中。接着 当i r d y # 与t r d y # 同时都为低电平时，就可以进行数据的传输过程。主控设备在数据 传输将要结束时，霈要把f r a m e # 设置为高电平，用来表示将要传输疑后一组数据， 然后当数据传输完成以后还需要同时把i r d y # 设置为高电平，作用是释放总线控制 权。”。表2 - 3 所示为仲裁、中断和系统信号的功能列表。 袁2 3 仲裁中断系统，错 是报告和电碌管理信号 符号类型 描述 r e 0 #双向三态请求总线向仲裁嚣请求总线控制权 g n t # 输入释放总线通知8 25 4 1 e r 总线访问权已经让予 i n t a # 双向三态中断a 请求8 2 5 4 i e r 中断低电平有效，电平触发 c l k 输入p c i 时钟为p c i 总线上的所有事项提供同步，除了中 m 6 6 e n r s t # 输入 输入 漏极开路 持续三志 精八 断i n t a # 和复位r s t # ，其他p c i 所有信号都在c l k 的上 升沿采样 6 6m h z 使能表明系统总线是否使能6 6m h z p c i 复位当复住信号有效时，所有输出悬空，所有输 入忽略 系统惜误报告地址奇偶棱验错误 奇偶枝验错误报告款据奇偶授验错误 电挥艮好表示有稳定电源供8 25 4 1 e r 使用 输八辅助电源如果谊信号为高电平时，别辅助电源可以使 用 根据上述信号设计d m 6 4 2 与8 2 5 4 1 e r 的硬件连接，由于d s p 的p c i 模块和h p i 、 g p i o 、e m a c 模块复用管脚园此上电时需要配置p c i 模块的工作方式。本系统选择 3 2 b i t p c i 工作方式t 需要将p c i e n 上拉至高电平p c i e e a i 下拉至低电平。圈27 给 出：d m 6 4 2 与8 2 5 4 1 e r 的p c i 接口的硬件连接示意图。 ，峨，呱嚣黼灿 2 5 3p c i 的配置 删删仁= = = = = = 爿删q c s e l 3 ：0 e = = = = = = 爿” f r a m ek j n m e i r d yl - - - - r j m d y t r o yl - - - - - - - - - - - j t r d y s t o p k 一 s t o p 圈27d m 6 4 2 与8 2 5 4 1 e r 的p c i 的硬件连接示意圈 p c i 协议中详细的说明了使用配置p c i 寄存器的过程。首先系统复位后- b i o s 先对 寄存器进行初始化配置，然后再由它来读取这些寄存器的状态最后分配以太网控制 器中的中断数、存储映射地址等贽源。9 2 5 4 1 e r 千兆以太网控制器p c l 寄存器的配置如 表2 4 昕示。 表2 4 9 25 4 1 e r 的f c i 配置寄存嚣 字节偏移量字节3 字节2 字节1字节。 设别i d供应商i d 状态寄存嚣命令寄存器 分类代码( 0 2 0 0 0 0 h )版本i d 自测试匡- ( o o h )头区类型( o o h )延时计数高速缓存块大小 基地址o 寄存器 基地址1 寄存器 基地址2 寄存器 基地址琦存器( 不使用j 基地址4 寄存器( 不使用j 基地址5 寄存器( 不使用) p c i c 8r db u s ( 不使用) 子系统l d子系统供应商1 d 扩展r o m 基地址 保留位能力指计 保留位 最太延时最小许可中断引脚( 0 1h 】中断线 l l = 黧兰一 吾= 翟翟嚣二 拦 =詈地孙孙卟扎蛐n的扑眈曲曲扎孙曲 5 4 0 e r 冠访问d m 6 4 2 的s d r a m 数据区所以将s d r a m 基地址映鸯j 至u 8 2 5 4 0 e r 址0 寄存器空间：d m “2 只访问8 2 5 4 0 e r 的寄存器所以将8 2 5 4 0 e r 的寄存器基 射在d m 6 4 2 i 拘基地址。空间。因此d m “2 写到p c i 总线上的地址为待访问的 r 的寄存器的偏移地址8 2 5 4 0 e r 写u p c i 总线上的地址是由d m 6 4 2 使用描述符 8 2 5 4 0 e r 的地址。d m 6 4 2 执行p c i 配置流程如下图28 所示。 _ 。1 。一 j 开始 1 r 一 驱动配置目标的i d s e l 脚 _ j l 一 配i t p c i m a 寄存罂 j l 设i t p c i m c 寄存器 f 一 s ：o p t i o n 请求询问s e r v e r 可用的方法 s - c ：o p t i o n 回应s e r v e r 回应包括所有可用方法的信息 c - s ：d e s c r i b e 请求请求s e r v e r 提供媒体初始化描述信息 s - c ：d e s c r i b e 回应 s e r v e r 回应蝶体初始化描述信息 c s ：s e t u p 请求设置会话的属性和传输模式提醒s e r v e r 建立会话 s - c ：s e t u p 回应s e w e r 建立会话井返回会话相关信息及会话标识符 圈48r t s p 协议交互过程关系 第五章网络视频传输的软件实现 本章的主要工作是把实现编码后的码流通过千兆网口传输到上位 机接收井实时地播放。首先对嵌入式实时操作系统d s p b o s 进行了 了t l 公司提供的网络开介绍发套件n d k 实现网络编程最后阐述网 在d m 6 4 2 上和p c 机显示的具体实现。 51d s p b 1 0 s 的配置 d s p b i o s 是c c s 中集成的一个简易的嵌入式实时操作系统拥有很多实时嵌入式 操作系统的功能。如任务间的同步和通信，任务的调度内存管理中断服务管理 实时时钟管理等。在d s p b i o s 的协助下开发人员可以抛开底层开发的困扰- 利用 更少的c p u 和内存资源，编写复杂的多线程程序然后只对算法的如何实现问题和系 统集成的问题进行专门的研究。 d s p b i o s 内核可以说是一种用于实时调度、同步，主机和目标机通信，以及实时 分析系统上的可裁减实时内核。它由三部分资源组成，分别是多线程实时内棱、实时 分析工具以及芯片支持库。同时它也提供了抢占式的多任务调度包括对硬件的及时 反应问题的实时分析和工具的配置等。更重要的是有标准的a p ! 接口可以使用方 便了用户。 51ld s p b i o s 的基本配置 d s p b i o s 的静态配置是利用c c s 提供的配置工具完成，包括图形化配置工具和文 本配置工具。图形化工具层次清晰直观而文本工具更加灵括。下面介绍一些主要的 模块的图形化配置方法。当新建完一个b i o s 配置文件后配置界面如下凰51 所示 e _ 如d d a o j $ 瞳1 1 4 4e t h ns i s i 喇b _ 愚 t 删- h _ 啊y5 蛐怕1 婶日 h f b t # h - p 一r 岬- 量m - w m 0 o * “- “ o 口m + 蕾* m 卸出口蚰1 ：墨戮嚣。 图5ld s p ：b i o s 配置主界面 3 7 i 、首先要设置“g l o b a ls e t t i n gp r o p e r t i e s ”。选择右键弹出菜单中的“p r o p e r t i e s ” 如图5 2 所示。 图52g 】o b a ls e t t i n g 属性配置 本系统中使用的d m 6 4 2 芯片主频是6 0 0 m h z ；d s pe n d i a nm o d e 项根据实际情况 设置本文选择的是l i t t l e 模式。 2 、m e m 设置。本系统为4 个内存段分别设置了具体的空间- 分别是f l a s h b o o t 、 f l a s hr e s t 、i b o o t 和i s r a m 。其中f l a s hb o o t 用于存放d s p b i o s 肩动配置： f l a s h r e s t 用于存储代码等数据：i b o o t 是l 2 缓存划分出来用于运行d s p b i o s i s r a m 是其他数据的缓存空间。具体配置，如图53 所示。 g f d 幡t ( m 删l 确) b m h m 0 刑 口岫 n 岫n _ 州 精，曲_ 1 i id i l a ) f l a s hb o o t 6 , t a k d l m h h m h mn 0 1 w r【h 日 一a 6 咖6 k n # n m w 珊 m1 nim 日c ) l f b l f l a s hr e s t 蚴删i 面i 磊磊丽 b 咐面面面酊 i pq h i k _ 日* m _ r 埘 帅啪隔蜥而r 一d - t dr 帅自o - 蜘【d 。_ _ 。_ _ _ 。 _ 一面面再j 1 l _i ( c ) i b o o t 设置f d i s r a m 设置 图53 雌m 设置 其中f l a s hb o o t 基地址为0 x 9 0 0 0 0 0 0 0 ，大小为3 2 k b y t e ：f l a s h _ r e s t 基 地址为0 x 9 0 0 0 8 0 0 0 大小为剩下的9 9 2 k b y t e ；i b o o t 基地址为o x 0 0 0 0 0 0 0 0 ，大小为 l k b v k ：i s r a m 基地址为o x 0 0 0 0 0 4 0 0 ，大小为剩下的2 5 5 k b y t e 。 3 、h w i ( 碗中断) 设置。h w ii n t 4 到h w i i n t l 5 可用来定义用户自己的硬件中 断h