（计算机应用技术专业论文）基于dsp实时操作系统的网络通信系统的设计.pdf

疆意交溅犬学硕掰 究生学位论文第1 委 擒要 瞳羞继电保护及故障信息系统的日渐成熟，一些新的敬普系统的 覆理秘穷案褥鬟蜜簿应惹，遽对硬撑系统提出? 更赛熬簧求。嚣赘 运行的继电保护及故障信息蒹统多是来用p c + w i n d o w s 平台，在系 统的集成性、稳定性上达不到实际要求。针对这种情况，本文选取 继电援护及教障楼惑系统翁子站保护管理掇掰终逶谖系绫，箍凄了 一套以d s p 为核心的硬件平台，并采用实时操作系统韵设计方案。 本文在研究uc o s i i 和d s p t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 的基础上，提出 了硬搏、较馋设诗方寨。 硬件汗发对采用了t i 公司的数字倍号处理器t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 为 网络通信的核心处理单元，构建了高散可靠的硬件平台。本文讨论 了硬件设计思路，分别对该系统上各玟能模块瓣疆孛# 电鼹俸了详缨 介绍。 软件上，主要采用了公开源码的实时操作系统uc ，0 s i i 。本文 详细阐潍了基于hc ，o s 1 i 的软件设计蠢寨，对其内核原联俦了详缁 分橱；犏写了部分与硬枣 相关静代羁，将ne ，o s 1 i 在d s p t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 进行了移植。然后在嵌入式t c p i p 协议栈1 w i p 基 础上，搬1 w l p 应用到c o s - i i 上，成先pc ，o s 1 i 的网络服务模块， 实瑶了辩p 副o s 1 功能麴扩充并在1 w l p 主编篝了稳关静弼络驱动 程序。最后，对t id s p 的集成开发琊境c c s 和d s p 软件开发过穰 作了介绷，并编写了程序对# c 0 s 1 l 的功能和1 w i p 网络功能做了 鬟l 试分瓣。 关键询d s p ；r t o s ； uc o s i i ；1 w i p 西南交运必学硕士研究生学位论文第贾。 a b s t r a c t w i t ht h em a t u f n yo ft h er e l a yp r o t e c t i o n8 n df a u l ti n f o r m a t i o n s y s t e m ，8 0 m en e wi m p r o v e ds y s t e mp r i n c i p l e sa n dp l a n s孰r eb e i n g a p p l i e dt oam o f ep f 毫c t i e a la p p l i c 8 t i o n ，t h i sw i l li 藏c f e a s ed e l 矬a 狂d so n t h eh a r d w a r e p r o s e n t l y ， t h ep c + w i n d o w s p l 氇t f o f m i sl h em a i n a p p l i c a t i o n o ft h er e l a yp r o t e c t i o na n df a u l ti n f o 珊a t i o ns y s t e m ， h o w e v e f ， h es y s 慧si n t e g f a t i o na n ds t a b i l i t yd on o m e e t 媳e 托a l n o e d s 1 nv i e wo f 德i ss i t u a l i o n ，t h es h b * s t a t i o np r o l e c 髓o ns 麟p e r v i s o f n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n s y 8 t e m o f r e l a yp r o t e c t i o n a n df a u l t i n f o r m a 娃o ns y s t e mi sc h o s e n ，p r o p o s e das e to fh a r d w a f e 一拽t f o f mt o s u b m tt 纛ed s pc h i p 鑫s 瞧oe o f e ，鑫n 矗a d o p ted e s i g np f 蝣e o tw h i e 矗珏s e 垂 r e a l - t i m oo p e r a 巧n g8 y s t e m b a s c do nt h er e s e a r c h i n gr t 0 s ( r e a l t i m eo p e r a t i o ns y s t e m ) 群c ，o s l l 获珏dd s 霉m s 3 2 8 v c 5 4 王6t e c h 韩o l o g y l 矗ef 。l l o w i 珏誉巍毪r d w 8 r 8 a n ds o f t w a r es c h e m ei sp r o p o s e d t h eh a r d w a r ed e s i g np r o p o s a la n dt h es c h e m ea n dm 母t h o do ft h c h 拄 d w 甜e 建c s i g 珏鑫f 尊i n 缸o d 珏e e 娃摭d e t a i l ，o h t l i 鑫i 鑫g 疆。掘e c 耋i o 矬0 差e 墨c 囊 m o d u l e t h ed s p c h i p ，w h i c hi sl 耳a d eb yt li n c o r p o r a t c d ，i sa d o p t e da s t h ec o r e - p r o c e s s i n gu n “ 】珏e f 趋l so fs o 魏1 镩矗r e d e s i g h ，a no 争e n s o u r e er t o s 群e o s 一嚣i s m a i n l y 拄d o p t e d i nt h i st h e s i s ，i tc l e a f l yn l u m i n a t e das o f t w a r ed e s i g 建 p r o j e c t b a s e do ni h er t o s 肛s o s - l ia n di n p a r “c u l a ra a l y z e dt h e k e f n e lp r i 拄c i p l e s ；童le d i e d 盎彝a no fh a f d 9 a r o f e l 8 e de o d e ，a n dp 毽 岸c ，o s - 骶i n t od s pb o a r d a tt h eb a s eo ft h ee m b 尊d d e dt c p ，l ps t a c k 1 w i pi sa p p l i e dt o c o s - ，w h i c he x p a n d si t sf u n c t i o n a l i t ya n dw r i t c s 壤er e l a t e dn e t w o 胤d r i v e fo nl w ip - i nt h ei a s ts e c t i o n ，at d s pc o d e c o m p o s 尊rs 睡d i o 鑫矬娃t h ep r o c e s so fd s ps o f t w 矗r ed e v e l o p m e ta r e i n t r o d u c e d ，t h e c 0 s - i ia n dl w i pn e t w o r kf u n c t i o n sa r ea l s oa n a l v z e d + k e yw o r d sd s p ；r 蕈o s ；pc ，o s - ；1 w l p 讶南交通天学硕士研究生学缘论变笫t 最 第董章绪论 。t 谍瓤硒究的莺景鞫内容 随着变电站自动化、调度自动化擞术的发艟，极大的提高了调 度系统信息纯、智缒纯承平。继电傈扩、安垒嫠动装鬟和敬障录渡 爨( 戳下称“= 敬装置”) 箨巍电嗣熬篓要缀成帮萎一，巍谲度运蟹羚 理方两的信息化、镏能化水平则相对较低一技术簪段已绝不能满足 诱发逡移蟹理窦动镪熬嚣螫。 ， ，1 继电繇护疑效藏继患系统 翻前，微机型继电保护、安全自动装置芹n 故障录波器融广泛辩 惩，是餐了以数据骞式囱电耀调度中心传辕蒜静二次鼗爨糖惠及邀 网故障僚息的能力，建设基于现代网络遥馈技术姻二次装鼹韵镶息 处理系统( 以下称“继奄保护及故障倍息系统”) 的前撼条件已经典 备。 继电保护旋故障信崽系统f l j 的核心管理慰蒙是电烈故潞或弊常 对起作嗣豹动律装鬣，强缝电保护、安全鱼动装鬣和敌薄泵波器等。 设置继电保护及敞障信息系统的目的是通过对继电保护、农全自础 装置、故障录渡装鬣的运行管理和动摔行为的分析，为值激调度员 安全、遗速凳毽电两突麓攀靛撬供信息支持每捩策参谋，扶两挺蒜 电网运行的自动化水平。其核心内释魁电网故障域异常。 1 。1 2 蘩统慧体缝构 继邀辍护及簸薄信惠簌缝魏典型戆镑瑾结稳麴嚣l ，l 凝涿。获携 理结构上可以分为予站、生站及联系它们的网络。 西南交通必学硕士研究生学位论文第2 页 卓p ? 挝翠 茼茼 图1 1 浆统典型物理结构 子站糕统透过网络( 或蒜专线、载波等) 的方式连接到主站系 统，圈一个子嬉系统胃戳连接戮多争主炼系统； 主站系统通过电力调度数据网络连接在一起，不同区域的主站系 统可能分属不同的通信网络。 。 。3 擎鞋系统 子站系统f l l 指设在变电站、发电厂的管理机、接入单元，以及继 电保护装置、故障最波器等涉及在电力系统异常时动作的备种二次 装萋。予避系统主罄完藏装鬟接入、援约转换、数蘩懿撬越栏窝转 发等功能。一个典型的子站结构图如图所示： 嚣瘫交逶失学颧士硪究生学搜谂空黎3 页 绦护夺塞 翻1 ，2 子站网络连接图 。2 零渫耀耋簧磷变虎罂 在继魄保护藏敞障信息系统中，如何实甜嵩效的传输数掭，悬 一个翱巡夔要的瓣篷。在王选控铺中，罄遍采弼税场惑线逡行数攥 搀输。嚣管现场蕊线有开靛性稍可嚣操作性，分散经，低成本的特 纛，健憝巍场慧绞豹标臻众多，互不兼容并魑珂操作彀嫠的弊端， 西南蹙通太学硕士研究生学位论文第4 鬣 裂约了它的发鼹。 由予各种保护鞠录坡设备尚秃统一的遵倍接口和遵僖规约，韪 前大多数子站系统的内都通信的方案题：将南日点对点通信接鞠转 换成r s 4 8 5 4 2 2 ，然后罔多串口卡接入子站主机；对于总线方式的 通信( 如l o n w o 拽s ) 剩需添用专用阐卡进行联接。 蘧鬻豁太黼鞠t e p ，l p 搜零静发袋，应用t c w i p 协谈的班太瓣 已经成为最流行的分组局域网络技术，同时也是最具开发性的网络 技术，蜀箭已经燕撵界上盛溺最广的溺络技术，正逐渐波媚到工数 控裁镶躐。用予工渡蠡魂纯潦信静个薪鳃趋势爨戳太黼鞍善e p ，l p 的大最应用。各种具备网络通信功能的自动化装凝投入到现场使用。 蠢我，蓉统蔫褥囊藏弼络透髂功能基爨成为衡簧系统迸弼性豹一个 重要粳据。 d s p 芯片，也称数字信母处理器，由于采用特殊的软硬件结构， 是一秘黪裁适含予进行数字镄号赴瑾逡冀的徽箍理器，箕夔要瘦嗣 是实黠快速地实现嚣静数字髂号处理终法。露蒋d s p 以其枣越的性 能，不断上升的性价比使得它的使用越来越广泛。将计算机网络技 术 l 入d s p 系统，傻羹威为数字纯、嘲络纯耀镰舍，篡鸯较为蘩簧 的现实意义和经济价值。 实时操作系统r t o s r e a l 西m eo p o r a t i o ns y s t e m ) 避指能支持实 时控制畚统工作的操作系统。其首要经务是调度一切弼利翔的资源 完成实时控制镊务，其次饕鼹于提高计算机系统的使潮效率。其整 要串孥煮燕耍满楚对对阉的疆翱和簧求。实时操作系统大多数都支持 多任务的运行。 奉课题选取继魄保护及救障信息系统的子蛄保护管邋机网络通讯 帮分，系统燕将翦端系统救集静数攘往瑙肉龆窥约透过嵌入豹 t c p l p 协议栈利用以太网传邀到后端策统，也可以作为前端系统的 弼终搂秘。本系统疆俘平台激角t m s 3 2 0 v c 5 4 i 6 d s p 嚣片为c p u ， 软譬平螽粼基予# 搿o s * 鞋实眩撩髂系统。 本文皇要讨论了t c p i p 网络通信协议，t m s 3 2 0 c 5 4 1 6 和 瓢l 8 0 1 9 a s 及嚣髑选囊徉龟瓣，# e ，o s ， i 实时撩于# 系统，溺对在p d o s - i l 上实现1 w i p 掩议援鞠网络驱动程詹；蠼嚣绽麓了程序对# c o s i l 的功能和1 w i p 网络功能做了测试分析。 西南交通太学硕士研究生学位论黛第5 页 。3 论文绩橡 本文的结构如下： 1 网络通信协议的介绍( 第二章) ：简介网络协议的概念、组成， 蘑辩蓑奔了t 错，l p 撩议麓缝捧及每屡匏特意。 2 摹予d s p 的硬件设计( 旃兰章) ：介绍了硬件总体设计方案，并 对主嘉的硬件电路作了介绍。 3 。萋予d s p 憨蜜畦撵偿系统pe ，o s l l 黪实现( 第莲耄) ；盖先对 pc ，o s i i 构内榱结构作了介绍，钟对系统所使用的d s p 硬件撼 出了移植方案。 4 。t c 群l p 协议棱鳇实现( 篱五章) ：罄先穷缓了1 w l p 的髂系结构， 然嚣将1 w i p 在pc o s i i 上进行咎撞，在上蘅编写了r 触馐0 1 9 a s 网卡驱动程序。 5 系统盼调试和测试( 第六难) ：对t ld s p 集成开发环壤侔了介缓， 然嚣对# 副o s 一珏豹功糍和】w i p 静掰络透讯滋行了灏试。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 贸 第2 章网络通信协议简介 2 1 网络协议和分层 为了保证网络系统能够正确和有效地相互协作，所有的通信设施 必须依照称为协议( p r o t o c 0 1 ) 的标准文档来实现。协议规定通信的 所有方面，包括语法细节( 如包格式) 和语义细节( 如接收者如侗 处理进来的包，在包中包含错误时如何响应等) 。 网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信 功能。一个协议族，比如t c p i p ，是一组不同层次上的多个协议的 组合。t c p i p 通常被认为是一个四层协议系统，如图2 1 所示。 应用缮 运输腆 网路烘 链路缮 t e l hf r p 和 m a 螬 1 c 和u d p d 、】c m p 和i o 艇p 设备驱秘程序及 接口卡 图2 。1t c p ，i p 协议族的四个层次 每一层负责不同的功能： ( 1 ) 链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系 统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理 与电缆( 或其他任何传输媒介) 的物理接口细节。 ( 2 ) 网络层，有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如 分组的选路。在t c p i p 协议族中，网络层协议包括i p 协议( 网际 协议) ，i c m p 协议( i n t e r e t 互联网控制报文协议) ，以及i g m p 协 议( i n t c f n c t 组管理协议) 。 ( 3 ) 运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在 t c p ，i p 协议族中，有两个互不相同的传输协议：t c p ( 传输控制协 议) 和u d p ( 用户数据报协议) 。t c p 为两台主机提供高可靠件的粒 议) 和u d p ( 用户数据报协议) 。t c p 为两台主机提供高可靠性的数 嚣南交通文学硕士研究生学僻论文簿7 贾 据通镶。宅疑做的王作包摄搬应用程序交绘它的数键努成台适的小 块交绘下箍的鼹络屡，确认接收到的分组，设嚣发送最霞确认分组 静超时时钟等。由予运输蜃提供了离可嚣经酌端刘端的通信。困托 应用艨可以忽略所商这些细节。 而另一方面，u d p 剐为艨用层提供一种非常简单的服务。它只 是把称棒数据搬韵分组获一食主瓿教送翻另一台主辊，毽并不保涯 该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。 遮两静逶输层换议分掰在不嗣的应粥翟痔中膏不黼鹩用途。 f 4 ) 庭弼鼷象赛楚壤特定静盛耀程痔鳃节。a 警备耪不瓣鹣罩e p ，薹 实现都会提供下面遮些通用的应用程序： & 摊e l 远程鼗秉。 f t p 文传搀徐协议。 s m t p 简单邮件传送协议。 s n 赫薹l 籀单爨络饕理游谈。 2 。2l e p l p 麓分瑟 奁t c p l p 蜘议族中，霄缀多耪协议。匿2 - 2 绘出了魃主要瓣 协议。 蝶体 阉1 4t c p ，i p 掷议族中不同层次的协议 西南交通太学硕士研究生学位论文第8 页 t c p 和u d p 是两种最为著名的运输层协议，二者都使用i p 作戈 霹络震协议。虽然t e 镬搿不霹靠豹 p 瑕务，艇它餐提供一嵇霹纛 的运输艨服务。 u d p 为应用程序发送和接收数据报。一个数搬报是指从发送方传 辁到接牧方静一个售惠单元( 铡如，麓送方撂定戆一定掌肇数的僖 息) 。毯燕与t c p 不同的是，u d p 是不可靠的，它不能保证数据撤 能安全秃误地到越最终目的。 i p 是网终层上的主要协议，霹时羧t e p 释u d 使鼹。t c p 秽 v d p 的每组数据都通过端系统和每个啦溺路由嚣中的ip 瑶在瓦联 网中进行传输。 、 i c m p 是i p 协议鲍附属协议。i p 层耀它来与冀他主枧蠛路由器交 换错误报文和箕德重要信息。两个流行豹诊断工具，p i e g 鞠 t r a c e r o u t e ，它们都使用了i c m p 。 i g m p 是i n t e r n o t 组管理协议。它用来把一个u d p 数掇报多播劐 多十主税。 a r p ( 地址解析协议) 和r a r p ( 逆地址解析协议) 是某些网络 接口( 如以太网和令牌环网) 使用的特殊协议，用来转换l p 层和网 络接蜀艨使震豹惩娃。 2 2 1t c p i p 协议一链路层 链路层主要有三个目的t ( 1 ) 为i p 模块发送和接收i p 数据包： ( 2 ) 舞a r p 模块发送a r 谚求秘接竣a r 建替；( 3 ) 灸襄a r p 发 送r a r p 请求和接收r a r p 斑答。t cp ，ip 支持多种不同的链路层 协议，选取决于网络所使用的硬件，如以太网、令牌环网、f d d i ( 光 终分布式数据接瞄) 及r s 。2 3 2 串行线路等。 戳太网协议标准详细娥定该层的细节，它是当前t c p ，l p 采用的 主要的局域网技术。它采用一种称为c s m a c d 的媒体接入方法， 带挣突梭测的载波侦听多路接入( c a r 蛾e rs e n s e ，m u l l i p l ea c c e s sw i l h c o l l i s i o 毂d e t e c t i o 鞋) 。 每个以太网帧由一个首部开始，首都标识源计算机和帧发送的目 的计算机。其后怒帔的内容。匣2 3 鼹示帧的格式。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 图2 * 3 以太网帧格式 出燮霹敷詈戴疆瓣遗址秘滚遗址聚蘸4 秘i 字节) 载赣熬建蛙魏 源地址，这就是我们所说的硬件地址，m a c 地址。这个蛾址被配簧 到网络接口卡( n e t w o r k i n t 。r f a c ec a r d ，n i c ) 等物理接口硬件中。 2 。2 2 下c p l p 辏浚一网终瀑 t c p ，i p 协议中的网络层藏要包括两个协议i p 和i c m p 。 i p 是t c p i p 协议族中聚为核心的协议。所材的t c p 、u d p 、i c m p 及i g m p 数据都以l p 数据擞格式镑竣。 i p 数据报的格筑如图2 4 所示。瞽通静p 黄都* 为2n 个字节， 除非含有选项字段。 毒醴 控蓄蠡g 馥簸舞叠鳌 1 6 位慧长度溶苇数 1 版謇 长髓d s 3 位 1 3 位片偷秽 i 位标识 标志 g 啦生鼯瓣趟 1 6 德薰嚣槛验释 挂榭 8 缝舞设 3 2 位掉撑地址 3 2 叠鑫豹辩蛾墟 i m ?选硬( 如果宵)。 l| 数据 l 匿2 4l p 数据摄强式及营部每熬各字段 i c m p 经常被认为是i p 艨的一个缎成部分。铝传递差嵇摄文以及 其他需薅注意的信息。i c m p 报文通常被i p 层戡愿高层协议( t c p 或u d p ) 使用。一些i c m p 报文把差锩擐文运鞠绘是户进程。i c m p 报文是谯l p 数蠢鞭内部被佟输抟。 i c m p 报文的格式如图2 5 所示。所有报文的前4 个字节都是 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 样的，但是剩下的其他字节则互不相同。 o7b j 5 拍 瓤 啦类型8 位代码 1 5 岔控验和 环同类型和代码有不瓣的内莉 图2 5i c m p 报文 类型字段可以有1 5 个不同的值，以描述特定类型的i c m p 报文。 某些i c m p 报文还使用代码字段的值来进一步描述不同的条件。 检验和字段覆盖整个i c m p 报文i c m p 的检验和是必需的。 2 2 3t c p i p 协议一传输层 t c p i p 协议的传输层协议包含u d p 和t c p 两种协议。 u d p 是一个简单的面向数据报的运输层协议；进程的每个输出操 作都正好产生一个u d p 数据报，并组装成一份待发送的i p 数据报。 这与面向流字符的协议不同，如t c p ，应用程序产生的全体数据与 真正发送的单个i p 数据报可能没有什么联系。 u d p 不提供可靠性：它把应用程序传给i p 层的数据发送出去， 但是并不保证它们能到达目的地。 尽管t c p 和u d p 都使用相同的网络层( i p ) ，t c p 却向应用层提 供与u d p 完全不同的服务。t c p 提供一种面向连接的、可靠的字节 流服务。 面向连接意味着两个使用t c p 的应用( 通常是一个客户和一个 服务器) 在彼此交换数据之前必须先建立一个t c p 连接。这一过程 与打电话很相似，先拨号振铃，等待对方摘机说“喂”，然后才说明 是谁。 t c p 通过下列方式来提供可靠性： 应用数据被分割成t c p 认为最适合发送的数据块。这和u d p 完全不同，应用程序产生的数据报长度将保持不变。由t c p 传递给 i p 的信息单位称为报文段或段( s e g m e n t ) 。 当t c p 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认 西南交遴太学硕士研究生学位论文第1 1 页 收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。 - 巍t e 牧瓣发鑫薯e 连接勇一端瓣数据，宅将发邀一令确试。 这个确认不是立即发送，遇常将推避几分之一秒。 t c p 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检骏 移，嚣戆是捡溺数据在传辚过程中弱经薅变纯。据果牧粼段戆检耱 和有差错，t c p 将丢弃游个报文段和不确认收到此报文段( 希望发 端超时并重发) 。 骶然t e p 壤文致捧先l p 数据搬来传辕，l 嚣l p 数攒擐戆到达谢 能会必序，因弛t c p 报文段的到达媳可能会失序。如果必要， t c p 将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给艘 月层。 既然i p 数据报会茇臻重复，t c p 的接收端必须丢穿重复静数 据。 t c p 还能提供流量控制。t c p 涟接的每一方都有固定大小的缓 狰空阔。t e 豹绥渡媾鼓兔诲另一臻发送接牧端缓；串嚣掰能接纳鹣 数据。遮将防止较快主机致使较慢主机的缓冲医溢出。 2 2 4 封装和传输 誊瘦蔫程滓蕊t c p 簧送数据辩，数据疆送入旃议棱中，然嚣遴 个通过每一层盥列被当作一串比特流送入网络。其中每层对收到 的数掇都要增加一些首部情息( 有时还要增加恳部信息) ，该过程如 蕊2 t 6 掰示。t c 传绘l 麓数据蕈元称作t c 擎投文彀或籀称鸯t c p 段( t c ps e g m e n t ) 。i p 传缩网络接口鹰的数据单元称作i p 数据报f i p d a t a g r a m ) 。通过以太网传输的比特流称作帧( f r a m e ) 。 磷南交避太擘领士研究篷拳位论文第托嚣 ，章一 ， i1 c p 热辩l 癌埘敞辩 l 臣壹j 夏叠工二亟匣 图2 - 6 数据的封装过疆 2 。3 嵌入式t c p i p 协议栈1 w i p 简介 1 w l p ( 1 i 酶t w e i 驰 l p ) 是瑞典计算机科学院s w e d i s hl # s l i t t e 艇 c o m p u t e rs c i e n c e ) 的a d a md u n k e i s 等开发韵一套用于嵌入式系统 鲍开放源代码t e p ，l p 块议拽。 1 w i p 的特性如下； f 1 ) 支持多两络接鞠下的i p 转发 ( 2 ) 支持i c m p 协议 ( 3 ) 包括实验性扩展韵的u 蛰p ( 用户数据报协议) ) 氆捂戳塞控潮，黼滢倍箅帮恢逮恢簧和抉滚转发的t e p ( 传输控 制协议) ( 5 ) 撼供专门静内部回调接翻( r a w a p i ) 用予提离应髑程净性姥 辎) 霹途捧熬b e 噱e l e y 接弱a p l 疆 孛资源率富。f l a s h 存馕麟是存德家族中的一个赫成受， 它兼鸯e p r o m 和丑e p r o m 两者的优点的新型非易失大容量存储 器件，其显著特点是编程速度快，抗干扰能力强，容量大，而且可 以在线编程，对予芯片的隰化稆擦除操作都楚透过命令寄存器来究 藏鲍。用来存教疆彦和定德，安全可靠，读取速度侠。s r a m 采弼 高集成度的静态存储器，读取速度快，容量大。 ( 5 ) 开发手段先进。支持汇编及a n s i c 的溉合编程，并提供了c 语言羿发工具帮e 库丞鼗，著有实封多经务搽箨系统静支持，箕狂 编语宙与常规的单片机相比，有许多鲜明的特点，一方筒指令丰富， 掰南交通大学硕士研究聋学位论文 第1 4 薷 效率鼹( 妇革爨羯熬乘法攘令，据掰寻竣璃能攘令等) ，曼一方嚣， 它逐步融会了高级语言的许多优点( 如结构的应用，类似予揍针变 量豹辅助寄存嚣寻皱等) ，在戴基础上秆发产品，支持软件率富，汗 发灵灏快捷，可嚣性离，对于硬件的调蹙升级，桷应的软僻静级秘 维护十分方便灵活。 强3 1 系统梃图 罄3 一l 是系缆糕霭，整个瓣律系统戳d s p 先棱心，幽予静s p 芯 片的速度较高，为撼高d s p 的运行效率和达到最大处理能力，一般 对其磐强蕊片靛速麓氇要求较舞，弱辩又要考虑系统在线躺程调试 豹要袋。鼹以，d s 爹+ c p l 船十f 1 8 s h s r a 嫩熬酝鐾是d s p 羝统设计 的一般要求，这个缩构的最大的特点是结构灵活，有较强的通用性， 遥子横浚纯设诗，扶 l 羲能够撬蔫冀法效率。裁对奠开发璃蠲袋短， 系统器子维护私扩鼹，遣食予实时蕊号处理。对予片姊数攒窆彝 般选闱商涟的s r a m ，尽最减少d s p 的等待周期。用户穰序一般 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 在上电时从外部r o m 加敞到片内r a m 区运行。下面将对它们谶 行其俸奔缨。 3 2 主要硬件电路介绍 3 。2 d s p 芯冀矮嚣耄疑 另外，t i 公司的d s p 述有其他优点。 ( 1 ) 哈佛结构。它不同予传统的冯纽曼结构的存储体系结构，其 主要特点是将疆黪和数据存德在不瓣瓣存储空阗孛，每个存赣器独 立编垃，独立访闯。系统中设计了程序总线弱数据总线两条总线， 从而使数据的吞吐率提高了倍。 ( 2 ) 流水线操作。处理器可以并行处理2 。6 条据令，镣条据令处 于流水绒上静不蕊阶段。例如在一个三级流永绫操俸中，取指，译 码和执行操作可以独立地处理，这w 使指令执行能够完众重叠。这 样就增强了处理器的处理能力。 ( 3 ) 专用熬疆律乘法嚣蠢e 一觳搿鬣静f i r 滤波嚣中，乘法是d s p 的重簧组成部分。在t m s 3 2 0 系列中，由于具材专用的硬件乘法嚣， 乘法可以在一个指令周期内究成。这样可以大擞降低f i r 岭计算时 闰。 ( 4 ) 特殊的d s p 指令。在d s p 中有一些特殊的d s p 指令，它们 在一个指令周期内用一条指令就可以蜜现普通襦要几条指令才可以 实瑗葫缝，懿m a e 豢令，糍哥菇在一个撂令躅絮孛完藏一次乘法帮 一次加法运算。淀样即节省了时间，又提高了编程的灵灞性。 ( 5 ) 快速的指令周期。目前t m s 3 2 0 系列处理器的指玲周期已经 达至1 72 0 n s 以下，杏躲甚囊达到了几个s ，这傻褥d s p 芯片能够 实时实现许多d s p 应用。 鉴予上述优点，考虑到计算分析的计算量太，逻辑时序控制程序 复杂，因此在设诗鲍时候来熙了t i 公司毂t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 芯片。 t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 i 2 q 是一歉定点d s p ，一个指令周颠6 2 5 s ，运冀 能力为1 6 0 m i p s ，它采用多总线结构，有一条程序总线( p b ) ，三条 数据总线( c b ，d b 和e b ) 和四条她蛙总线( p a b ，c a b ，d a b 鄯 e a b ) 。1 个4 0 经麓算术递耩单元( a l u ) ，1 个4 0 谴鹃糖形移位嚣 和2 个独立的4 0 位累加器a 和b 。1 个1 7 x 1 7 的乘法器和两个4 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 位加法器，乘法器可以耦合到加法器以完成单周期的m a c 指令。内 帮毒1 9 2 款x 1 6 西i 碍寻垃存镌空蓠，其中包蕹6 4 x 字程彦象惩，6 4 x 字数据空间和6 4 k 字i 0 空间。 蛋3 ，2d s p 电路艨毽蚕 图3 2 即为t m s 3 2 0 v e 5 4 1 6 的电路原理图，采用的怒1 4 4 脚的 l q f p 贴片封装。在设计的时候，应该注意下面两种电路： ( 1 ) 辩镑电路。挣s p 对静霹交羚部提供，也可l 耄叛上的灏藩提供； 但一般d s p 系统中经常使用外部时钟输入，因为使用外部时钟时， 时钟的精度高、稳定性好、使用方便。由于d s p 工作是以时钟为基 准，如浆对钟矮豢不毫，郡么系统魏珂靠蛙、稳定牲就缀难保证。 因此，菪采用外掷时钟，逡择晶振时成对其稳定性、毛刺做全面静 检验，以便d s p 系统可靠娥工作。 ( 2 ) 簸位电路n 藏同时设计电复媲电路和人工复位电路，在系统 运行中国现敲障孵可方便蛾入工复位。对于复镳电路，一方面应确 保复位低电平时间足够长( 般需要2 0 m s 以上) 。保证d s p 可靠复 位；另方面应保证稳定性良好，防止d s p 误复位。 下嚣对本系统辩这两释糍路被一个奔绥： ( 1 ) 时钟电路 西南交通犬学硕士研究生学位论文 第1 7 页 任何d s p 系统的基本元件是时钟，如果一个d s p 系统没有一个 好豹不隧滋瘦交纯瓣系统霹镑，它鲮瞧缝藏会 鬻糟糕。s p 鲑铮 发生器的心脏是锁相环( p l l ) 电路，该电路可以按照用户指定的p l l 指数对外部时钟源倍频。 本电鼹露1 6 m | z 鑫摄捻成绘d s p 援镞眩镑潦。与系统辩镑寄关 的p l l 墩路的控制通常可以通过外都s f 脚、软件或两者同时控制。 在本电路中，采用硬件配鬣。p l l 分频比的僦通过c l k m d l 、 c l k m d 2 秘e l k m d 3 的三个外部；l 脚来决定。农这里采用了一个援 码开关采控制它的离低电平。 ( 2 ) 复位电路 为防止d s p 鳃飞或死枧，电路中加入了赣门獍m a x 8 1 3 l 。 m a x 8 1 3 l 属予m a x i m 公圊箍出魏徽处理嚣蓉统监控集戒电路 m a x 7 0 3 8 1 3 l 系列。m a x 8 1 3 l 具有。i ：电复位、“看门狗”、定时输 出、掉电电压监测复位和手动复位四大功能，1 钰凰价格低，可靠性 高。 翻3 3 复位电路 图3 - 3 即为复位电路的原理图。从图中可以蓍到，m a x 8 1 3 l 有8 个g l 脚，5 v 供电。上电复位雌，只要电压低子4 ，6 5 v ，复位僚罨r e s e l 就有效。当电源电箍超过4 ，6 5 v 对，r e s e t 信号仍将继续保持2 0 0 m s 左右，以保证c p u 复位可靠。 3 。2 。2 东储器磺馋电路 t m s 3 2 0 v c 5 4 i 6 片内的数据空闻帮程序空间鼹有6 4 毯字，所戳 必须对d s p 的存储空间进行扩展。存储器的种畿很多，犬致可分为 西南交通犬学硕士研究生学位论文第1 8 页 掉电数据丢失的，比如s r a m 、s d r a m 、f i f 0 、d p r a m 等，掉嘬 数据不蓑失豹，魄如：f l a s hm e m o r y 、n v r a m 、嚣嚣p r o 斟、e p r o m 、 铁电存储器等。嶷体的厂躲有i n t e l 、s a m s u n g 、l s s i 、a m d 、 s s t 、m i c r o n 黪。t m s 3 2 0 v c 5 4 xd s p 可以宜接连接s r a m 、 f l a s 毛差簿。 ( 1 ) f l a s h 与d s p 接口设计 p l a s 珏芯冀簇寒存艨系统静秘妗证程謦，系统上魄嚣逶避 c 5 4 1 6 内部r o m 中的引释装载程岸( b o o t l o a d e r ) 将f l a s l 羞 中的程序加载到c 5 4 1 6 中，使系统自动运行。本系统利用d s p 并 行引导方式，逶避d s p 软僻编程实联对f l a s 珏鲍在线糖程操终。 本系统选用酌是a m d 公司的a m 2 9 l 8 0 0 b 型号的f l a s h ， 主要特征为：存储空问为8 mb i t s ( 5 1 2 k 字) ，支持单电源操作，工作 电源必3 + 3 v ，可豢接与c s 4 1 6 进荦亍接口：采翔c m o s 工艺，最快 存取速发亮这7 0 n s ，可进行l 0 0 0 0 0 次写入，撩写操作；支持块结构 操作和块保护功能，防止对任何区段进行编程和擦除的硬件保护机 制，并且与j e d e c 标准楣兼容；可通过软件方法检查编程和擦除 搡终静袄态，同辩，它豹致琶a d y i 勰鞘b u s y 襻；瓣胃瓣来班硬件 方法检测编程和擦除操作的状态；具有擦除暂停擦除恢炭功能，谯 暂停擦除操作过程中，支持读写不处予擦除状态的块；内嵌有擦除 彝编纛豹舞法耗爨动对整令苍片或莱蔻个块进簿攘除编耧搽谗。 懈3 2 0 v c 5 4 1 6 m 2 9 l v 8 0 0 d o 1 5 d q o 1 s 矗& 1 截矗 0 1 翱 d s #j ：二a 1 6 1 8 硅s l 剃 怒# o e 拌 r 黼 l _ 一 c e 肆 b 盯黼 图3 - 4f l a s h 与d s p 接口阁 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 由阁3 4 可以看到与d s p 的接口，其逻辑选通，片选读、写控制 信号崮e p l d 采拄毒g ，其中部分；| 辫说骥如下： a 0 ，a 1 81 9 条地址线 d q o d q l 51 6 条数据线 b y 薯e 毒选择8 位或1 6 往模式 c e 榉芯片使能信号，低电平有效 o e #读选通，低电平有效 w 蕺# 写选逶，诋电乎密羧 ( 2 ) s r a m 与d s p 接口设计 本豢统将数搬空闫扩展剩l m 字，瘸于对捌终传竣来瓣数据避舒 暂对襻储，s r a m 选髑了e p r e s s 公司的高速数据存储鞯 c y 7 c 1 0 6 1 a v 3 3 ，此芯片的电源电压为3 3 v ，与c 5 4 x 外设电压相 同，笼嚣电乎转换。它的主要特点是速度快，w 以达到8 n s 的访阏 速度，有两个片造信号c e l ，c e 2 。 嘣s 3 2 0 v c 5 4 1 6 c y 7 c 1 0 6 1 a v 3 3 “o 1 石 a 0 1 6 。r p s # a i 5 1 9 淞t 船#黝 r w # x c 9 5 1 4 4 0 e 【 e e l # c e 2 窭3 5s r a m 与静s p 接盛蹦 崮髑3 5 可以看到与d s p 的接目，其逻辑选通，片选读、写控制 信号由c p l d 来控制，因为5 4 1 6 可以扩展的数据空间只有6 4 k 字， 因此饕扩展该存储器篙要用程序空阁来扩展。冀片选、读、写选避 信号鼬e p l d 米拦稍。其中部分寻| 脚说明如下： a o a 1 92 0 条地址线 西南交邋大学硕士研究生学位论文第2 0 贾 d 0 n 1 51 6 条数据线 e 嚣l # e e 2芯片使能倍弩 w e # ，o e 榉谖写控制信号 3 。2 3 以太网接口电路 r 零l 嚣0 1 9 a s 燕叁湾r 0 8 l t e k 公霹生产懿叛太弼控麟器，支持 8 0 2 3 ；支持8 位或1 6 位的数据总线，收发速臌可以达到1 0 m b p s 。 r t l 8 0 1 9 a s 宥3 种工作方式，第一种为跳线模式，芯片的i 0 和 孛甑出蹴线决定；第二秘必鼯捶郾弼模式；第三秘为兔虢线模式， 芯片的i ，o 和中断由外接的b e p r o m9 3 c 4 6 决定。在本系统中采用 跳线模斌。 豫s 3 2 0 v c 5 4 1 6 躲l 8 0 1 9 矗s a o 5 s a 0 5 h ii h d 0 ，1 朝 ：lm l v c l e 4 2 蟠【) s b 0 ，1 5 】 、 l 、 y i n t 0 #i n t o 抖 i s #i 讲惜# x e 9 墓 毒4 i o s t r b #i o r 8 抖 r w #r s t d r v 图3 6 舯l 8 0 1 9 a s 与d s p 连接圈 由网3 6 为r t l 8 0 1 9 a s 与d s p 的连接图，下面就部分重要引脚 趣竣说明。 芯琦的基地址由i o s o o s 34 个引脚决定，在本系统巾选取的基 地址为2 4 0 h 。当对i h l 8 0 1 9 a s 编程的时候，地址应该为“基地址 + 偏移邋址”。蕊片静i ，o 姥蛙共有3 2 个，地皱壤移量必o o h l f h ， 速垃帮为2 4 0 h 2 5 f h 。 对于芯片的地址线来讲。其接法成该于基地址一致，才能够选通。 扶2 4 0 h - 2 5 f h 的：进制僮为o o l o o l o 0 0 0 0 0 o o l l o l n l l ，所以哭 需要对低6 毽避褥疑理，其余的琏溉绞都可戳接死。在本系统中将 s a 0 - s a 5 接入c p l d 进行处理。 鞲南交滋夹擘硕士研究生学位论文嚣2 l 贾 r t l 8 0 1 9 a s 工作在1 6 位模式，由子r t l 8 0 1 9 a s 是5 v 嚣传，其 数据总线s d 0 一s d l 5 通过7 4 a i c 1 6 4 2 4 5 电平转换后与d s p 连接， r 葺l 8 0 1 9 a s 的贯p o u 繁，t p o u t + ，t p i n 。，t p n + 作为叛太两口 的输出，缀过网络糍压器，通过r j 4 5 端口到达嘲络。 r r l f 8 0 1 9 a s 提供了8 个中断输出，率系统选用了i n t o 连接剿 e p l d 进行逻鞲控稍。芯片黪复位g 脚为r s t d 瓤v ，需要注意静楚 r t l 8 0 1 9 a s 是高电平复位，而且复位时间在8 0 0 n s 以上，本系统来 糟e p l d 控制。 r 飘落0 i 9 a s 蕊滚写控剃g 辫l o r 嚣、 o 磷拱氇燕接入戮c p l d 避 行译码处理，本系统中用了5 4 1 6 芯片的i o 空间采扩展。 3 。2 | | 氆a r t 纛路 u a r r 模块受赉d s p 实凌受s 2 3 2 遴臻，冀结构翔3 。7 掰器，d 嚣9 是一个标准的9 针串行口接欺，它作为设备连接的接口；r s 2 3 2 驱 劫器燕搬a x 2 3 2 ，它受爨鞭韵r s 2 3 2 的信号，将来自舞鄣设备静 r s 2 3 2 电警售号转羧为缝够姣理鲍5 v 数字信号，姆u a r 霉鹣数字倍 号转换成符合r s 2 3 2 的电平信号。u a r t ( i o ) 是1 6 c 5 5 0 ，它完成串 行数搬与辨杼数据乏耀匏转换，因必t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 没祷裴s 2 3 2 接 口，所以d s p 遵过并行方式诱闯1 6 e s 5 0 的寄存器完成对枣譬亍数据 的读讶。 匿回墓母：寸母 熙3 - 7d s p 每u a r t 避接示意强 1 6 c s 5 0 是带戳f o 的数据收发芯片，d s p 将数据并行地筲入其发 送f l 擎o ，然螽京校摆设譬，游窀转换为r s 2 3 2 形斌豹数据流，并枣 行地送出；接收的串行数据先进入接收f i f o ，然厝d s p 从中井行她 读密数据。i 6 c 5 5 0 可戳掇据冀f i f o 中数据的数擞来产生中断并通 螺d s p 。在本系统巾，该审游接到弘s p 酌癸郏孛鞭l