（通信与信息系统专业论文）基于powerpc的嵌入式网络下载器研究——emule部分.pdf

摘要 随着宽带i n t e m e t 接入的日益普及，从网络上获取海量资源的需求对于许多 企业及家庭来说显得越来越迫切，网络文件越来越大，下载时间越来越长。用 p c 机长时间开机下载的方法既浪费电力能源，又浪费人们的时间和精力，对人 的健康不利。基于这种形势，嵌入式网络下载器的想法应运而生。它采用专门具 有针对性的嵌入式设计，结构简单、系统复杂性和功耗都很低，适合长时间开机 应用。另外，此下载器将被设计成支持当前流行的多种下载协议，如f t p 、h t t p 、 b t 和e m u l e 协议等等。 本文围绕基于p o w e r p c 的嵌入式网络下载器软件的e m u l e 功能部分，首先 介绍了课题背景和当前的国内外动态，阐述了网络下载器的设计理念和功能特 点。然后本文比较系统地介绍了网络下载器的软硬件环境，包括软硬件的选择及 其特性等等，并给出了一些具体的技术参数。接下来介绍了e m u l e 的特点及工作 原理，对e m u l e 协议和软件都做了一定的介绍。接下来重点阐述e m u l e 软件的移 植与创新，介绍了占据主要工作量的几大功能模块，重点阐述了原始参考代码中 没有而需要自行实现的几个功能模块，每个模块也都给出了相应的文字说明。最 后，文中给出了移植后的软件的编译运行结果，并对结果进行了简要的分析。 网络下载器属于新生事物，其设计理念和功能特点比较符合当今社会发展潮 流，因此，相信该课题将具有较好的前景和社会价值。 关键词： 嵌入式网络下载器e m u l ep o w e r p c a b s t r a c t a l o n g w i t ht h ei n t e r n e t sr a p i dd e v e l o p m e n t , t h en e e do fd o w n l o a d i n gg r e a tl a r g e r e s o u r c e sf r o mi n t e r n e tb e c o m e sm o r ea n dm o r eu r g e n t t h et r a d i t i o n a ld o w n l o a d i n g w a yt a i l w a s t ep l e n t yo fp o w e ra sw e l la s p e o p l e se n e r g y i ti s a l s oh a r m f u lt o p e o p l e sh e a l t h b e c a u s eo ft h e s e ，t h em e t h o do fe m b e d d e dn e t w o r kd o w n l o a d e r o c c u r s i ti sa ne m b e d d e ds y s t e ms p e c i a l l yd e s i g n e dw i t hs i m p l es t r u c t u r ea n dl o w p o w e rc o n s u m p t i o n ，w i t h o u ts c r e e no rk e y s t o k e s i na d d i t i o n ，t h i sd o w n l o a d e rw i l l s u p p o r tn e a r l ya l lp o p u l a rd o w n l o a dp r o t o c o l s ，s u c ha sf t p h t t p b ta n de m u l e ， e t c t h i sa r t i c l e sk e yp o i n ti st h ed o w n l o a d e r se m u l es e c t i o n i tf i r s ti n t r o d u c e st h i s p r o j e c t sb a c k g r o u n da n di t sd e v e l o p m e n ti no u rc o u n t r ya n da b r o a d ，i n c l u d i n gt h e d o w n l o a d c r sd e s i g nm e t h o da n df u n c t i o nc h a r a c t e r i s t i c s t h e nt h ep a p e ri n t r o d u c e s t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ee n v i r o n m e n t n e x ti se m u l e sc h a r a c t e r i s t i c sa n dh o wi t w o r k s ，i n c l u d i n gt h ee m u l ep r o t o c o l a n dt h es o f t w a r ei t s e l f t h e nt h ea r t i c l e e x p a t i a t e so nt h ee m u l es o f t w a r e st r a n s p l a n ta n di n n o v a t i o n t h ee m p h a s e sa r et h e p a r t sw h i c hc o s t e dt h em a i nl a b o r a tl a s t ，t h ea r t i c l eg i v e st h er e s u l tt h a tt h es o f t w a r e t r a n s p l a n t e dp e r f o r m e d ，a sw e l la ss o m ea n a l y s i s t h ei d e ao fn e t w o r kd o w n l o a d e ri sa 如s hm e t h o d ，i t st h e o r ya n dc h a r a c t e r i s t i c s a d a p t st ot h es o c i e t y sn e e d s t h e r e f o r e ，i t sb e l i e v e dt h a tt h i sp r o d u c tw i l lh a v eb r i g h t p r o s p e c ta sw e l la sg r e a tv a l u et ot h es o c i e t y k e yw o r d s - e m b e d d e dn e t w o r kd o w n l o a d e le m u l e ，p o w e r p c 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘鲎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了谢意。 学位论文作者签名：丢走起 签字日期：弘哆年月衫日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤凄盘堂 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：善煮嶷 导师签名： 签字日期：功矿年月衫同 签字同期：夕魂夕年，向。r 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 i n t e m e t 经过2 0 年的发展，取得了极大的成功，它已成为世界上覆盖面最广、规 模最大、信息资源最丰富的计算机信息网络，它在当今世界各国推行的n i l ( 国家 信息基础设施) 和g i i ( 全球信息基础设施) 计划中扮演着极其重要的角色。当 今的i n t e m e t 已覆盖了1 7 3 个国家，其中9 6 个国家是实现了和i n t e r n e t 的t c p i p 连结， 可以使用i n t e m e t 所提供的各种服务【3 0 】。近十年来，随着我国的基础电信事业的长 足的发展，在公众电话网越来越普及的基础上，相继建成了中国光缆网、中国公用 数字数据网( c h i n a d d n ) 和公用分组交换数据网( c h 玳a p a c ) ，形成了以北 京为中心，覆盖全国的数据通信网络。这些公用基础网络的建成，为我国发展信息 产业创造了必备的条件。在我国的众多信息网络中，尤其引人注目的是和国际 i n t e m e t 的互联互通。i n t e m e t 在我国的迅速发展，己成为社会各界关注的热点。在 l r v 6 网络的应用上中国也已经走在世界前列，中国已经成为全球i p v 6 的引擎。 可以预见，中国在计算机网络方面将会有广阔的发展前景【3 l 】。随着宽带i n t e m e t 接入的日益普及，网络的不断完善和网络带宽的不断增大，网络间的数据通信越 来越普及，通信量越来越大，从网络上获取海量资源的需求对于许多企业及家庭 来说显得越来越迫切，于是出现了众多的网络数据下载软件。传统来说，在p c 机上使用众多的下载软件确实是一个比较有效的手段，用户常常一边处理其它事 务或娱乐一边在后台下载需要的资料。然而随着技术条件的不断完善以及网络在 人们工作和生活中的作用的增加，人们的新需求又随之出现。 由于网络通信越来越方便，网络数据的需求量越来越大，很多软件、影音资 源和数据库资料动辄数百m b 、几g b 甚至几十g b ，即便是“宽带”的接入， 对于下载这样的数据来说也是需要数小时、数十小时才能完成。当今，人们的生 活节奏越来越快，人们坐在电脑前的时间很有限，而巨大的下载任务使人们很多 时候不得不为了完成下载而刻意等待在电脑前，既浪费时间，又对人们的身体健 康有一定的损害。有些人则是为了避免等待而让计算机彻夜长开，或者不管是否 天津大学硕士学位论文第一章绪论 有人使用都打开计算机，这无疑会极大的浪费国家电力资源。另外，网络的发展 也改变了以往的计费方式，越来越多的网络接入服务商提供了包月甚至是包年计 费的方式，而不再以流量计费，人们早已告别了使用普通电话线以几k b s 的速 率并且以每小时几元钱的花费上网的年代。新的计费方式也促使人们更加大量的 下载和利用网络资源。 以上几点都指向了同一个问题，从网络上下载海量资源既花费人们的大量时 间，又耗费了国家大量的电力能源，既不符合当今社会惜时如金的快节奏生活， 也不符合我们国家节约能源的大趋势( 按关闭显示器，机箱电源2 0 0 - - 3 0 0 w 左右 算，十小时就需要2 3 度电) ，更重要的是极大的增加了安全隐患( 尤其是在计 算机运行而无人值守的情况下) 。网络下载器的想法便是基于此种需求诞生的， 它采用了专门的嵌入式设计以充分满足其工作特点和人们的需要。 1 2 嵌入式网络下载器的特点 与i n t e r n e t 相比，嵌入式系统的出现至今己经有3 0 多年的历史，嵌入式技术 也历经了几个发展阶段。进入9 0 年代后，以计算机为核心的数字化技术取得了 迅猛发展，不仅广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且深入 到家电、娱乐、艺术、社会文化等各个领域。随着多媒体技术与i n t e m e t 的应用 迅速普及，消费电子( c o n s u m p t i v ee l e c t r o n ) ，计算机( c o m p u t e r ) ，通信 ( c o m m u n i c a t i o n ) 3 c 一体化趋势日趋明显，嵌入式技术再度成为一个研究热 点。 课题中的网络下载器也将采用嵌入式设计，并有其自身的一系列优点，这些 特征主要体现在以下几点【1 3 】 2 3 】： ( 1 ) 体积小，便于携带 网络下载器有两个主要功能部分，一是以p o w e r p c 为核心的嵌入式系统， 一是数据存储介质，一般为s a t a 硬盘。所以其体积非常小，和一般的移动硬盘 相差不多，非常便于携带和使用。 ( 2 ) 低功耗 很多嵌入式系统都是以电池作为电源进行驱动的，并且一般需要长时间工 作，这就要求系统的功耗要尽可能的小。网络下载器所采用的中央处理器p p c 天津大学硕士学位论文第一章绪论 4 0 5 e p 功耗不大于1 w ，典型功耗为2 6 6 m h z 下的0 7 2 w ，对于节约国家能源具 有现实意义。 ( 3 ) 适合长时间运行 嵌入式网络下载器本身智能化的工作特点使它适合在没有人工干预的情况 下长时间运行，同时，它的低功耗、机械部件少的特点也使它的故障率很低，适 合长时间的运行，可以连续几十个小时不间断工作。 ( 4 ) 故障重启 因为网络下载器有可能运行在无人看守的环境中，因此它具有在出现故障时 立即重新启动的功能，当若干次得重启复位操作不能解决问题时，它会根据用户 设定，自动关机或是切换到一个安全待机状态。 ( 5 ) 使用灵活 网络下载器不但可以单独的、智能的完成下载任务，而且在没有下载任务时， 可以当作移动硬盘来使用，同过u s b 接口或是以太网接口可以随意的存取文件， 使用非常灵活。 ( 6 ) 价格便宜 网络下载器主要是以p o w e r p c 为核心的嵌入式系统和s a t a 硬盘两部分， 所以价格便宜，比一般的移动硬盘价格高不了多少。而且随着社会的发展，技术 的进步和人们需求的增加，大批量的生产会不断降低单个产品的价格。 总体看来，嵌入式网络下载器具有便利灵活、性价比高、应用性强等特点， 并且具有系统所需配置要求较低，系统专业性和实时性较强等特剧2 0 1 。它没有按 键屏幕等用户界面，而是采用网页方式与它所连接的p c 机通信，结构简单、使 用方便。另外，重要的是，此下载器将被设计成支持多种下载协议，如流行的f t p 、 h t t p 、b t 和e m u l e 等等。 1 3 嵌入式网络下载器的发展前景 根据设计预想，将来的产品定位将主要面向个人及小规模用户，它不但可以 作为下载器，而且没有下载任务时可以当作移动存储介质使用。它可使用户在计 算机上确定了下载目标之后，通过一个简单的软件和连线将任务送达下载器，而 后不管用户是否打开计算机，下载器仍旧只需接通电源和连接网络就可以独立地 天津大学硕士学位论文第一章绪论 工作，将目标文件下载到下载器自身的存储介质上。此下载器将支持断点续传， 在遇到错误或网络断开的情况下，下载器会不断重试直至完成任务。由于其整个 系统并不复杂，只是多了用于主控的p o w e r p c 处理器及其外围电路，所以成本 并不比移动硬盘高很多，具有成本低廉，使用灵活，携带方便，智能性高的特点， 目前国内市场上几乎没有此类应用的产品出现，在国际市场上虽有同类产品的出 现，但还不是很完善，所以相信此产品将来会有广阔的发展前景。 1 4 论文完成的主要工作及结构安排 本文针对嵌入式网络下载器软件中的e m u l e 功能部分，首先简要介绍了课题 的产生背景和当前该领域的国内外动态，论述了网络下载器的设计理念和功能特 点。然后本文介绍了网络下载器的硬件和软件环境，包括p o w e r p c4 0 5 e p 、 s i t 3 5 1 2 、系统开发平台和软件环境的选择等等。接下来对e m u l e 协议和软件都 作了简要介绍。然后重点阐述e m u l e 软件的移植与创新，重点在于介绍占据了主 要工作量的几大功能模块，给出了部分关键源代码和必要的说明。最后是对本课 题的总结。 本文第一章主要对项目背景、嵌入式网络下载器的特点和发展前景进行了简 单的介绍，使读者对该课题有一个初步的了解。 第二章介绍了网络下载器的软硬件环境，包括硬件的选择、p o w e r p c4 0 5 e p 的特性介绍、软件环境的比较与选择、嵌入式l i n u x 的优势等等。这部分内容既 是介绍本项目所必备的知识，又体现了项目组在前期所作的工作。 第三章对e m u l e 的协议和软件进行介绍，包括e m u l e 的起源、特点和工作原 理等。 第四章是全文重点，详细阐述了软件移植过程，对占据主要工作的几大功能 模块进行了细致的分析，给出部分移植后的代码，对模块中各个类库的定义和实 现都给出了比较详细的说明。对于占据工作量相对较少、移植相对容易的几个模 块也进行了简要的介绍。 第五章是课题的总结与展望。本章给出了移植后软件的编译运行情况，总结 了工作中的得失，同时也指出了尚待完善之处和今后工作的方向。 天津大学硕士学位论文第二章网络下载器的软硬件环境 2 1 系统硬件 第二章网络下载器的软硬件环境 网络下载器的系统硬件包括中央处理器及其外围设备，p c i 转s a t a 芯片和 s a t a 硬盘等等。s a t a 硬盘可选用成品，下面将对处理器和p c i 转s a t a 芯片 进行重点介绍。 2 1 1 处理器的选择 可以作为处理器选择的几种可能为：以a m d 和i n t e l 的c p u 为于代表的 c t s c ( c o m p l e xi n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r ，复杂指令集计算机) 架构处理器、以 m m 公司或f r e e s c a l e ( 由m o t o r o l a 半导体部门分拆而成) 的p o w e r p c 主机处理 器为代表的r i s c ( r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r ，精简指令集计算机) 架构 处理器和t i 或a n a l o gd e v i c e s 的d s p 。 其中，c i s c 架构的处理器虽然处理性能一流，但是它更多是定位于桌面系 统和服务器，它的指令非常复杂，造成很多指令使用频率很低，对于我们的算法 来说使用的指令更少，而且c i s c 处理器的功耗较大，不适合构成大型的并行系 统。d s p 芯片更多的是定位于信号处理领域，它集成了很多信号处理的专用指令， t i 和a d 的d s p 支持的内存较小，对高级语言的编译效率低，必须采用汇编语言 才达到较高的效率，而且d s p 的接口带宽不够，因此也不适合构建通用的并行计 算系统【3 4 1 。 p o w e r p c 主机处理器是m o t o r o l a 和i b m 共同研发的k i s c 结构体系，它具有速 度高、功耗低、计算能力强的特点。比如，5 0 0 m h z 的p o w e r p c 7 4 1 0 单片的峰值 运算速度为4 gf l o p s ，1 g h z 的p o w e r p c 7 4 5 5 峰值运算速度为8 gf l o p s ， m o t o r o l a 最新的1 3 g h z 的p o w e r p c 7 4 5 7 可以达到峰值运算速度为9 gf l o p s 。 p o w e r p c 主机处理器可以支持1 g b 的内存，支持片p b c a c h e ( 高速缓冲存储器) ， 它的超标量结构更增强了处理器的计算能力。对于硬件设计来说p o w e r p c 主机处 理器的外围电路相似，经过很小的改动就可以升级到新型的处理系统【3 ”。 天津大学硕士学位论文第二章网络下载器的软硬件环境 通过以上对比研究，考虑到系统的实际需求和成本，我们最终选择了母m 的p o w e r p c4 0 5 e p 主机处理器作为系统的系统单板处理器。 2 1 2p o w e r p c 的产生和发展 2 4 】 3 8 1 9 7 5 年，i m b 公司8 0 1 小型计算机工程在r i s c 机体系结构方面做了许多开 创性试验。8 0 1 计算机与贝克莱大学的r i s c 处理器引起了融s c 机革新运动， 尽管8 0 1 计算机仅仅是一个用来演示某种概念的原型机。 8 0 1 工程的成功致使i b m 公司决心开发一种商业的r j s c 工作站产品，这就 是r 1 p c 。r t p c 在1 9 8 6 年诞生，它采用了8 0 1 的体系结构概念，成为一个实际 产品。1 9 9 0 年i b m 公司在总结了8 0 1 和i 盯p c 两种产品经验教训的基础上生产 了第3 个产品即i b m 刚s cs y s t e m 6 0 0 0 。它是一个类似砌s c 的超标量计算机， 市场定位是高性能工作站。此产品推介后不久，毋m 公司开始把这种计算机称 为p o w e r 结构。 1 9 9 1 年，m m 公司与m o t o r o l a 公司( 6 8 0 0 系列微处理器开发商) 、苹果公 司( 该公司将m o t o r o l a 芯片装入m a c i n t o s h 计算机) 结成联盟，制造了一系列用 p o w e r p c 结构实现的计算机，以争抗x 8 6 处理器所占有的压倒优势的市场。这种 结构源于p o w e r 结构，并做了改动，包括消除故障，增加原先缺少的关键技术特 色，去除某些指令，放宽技术条件，从而实现了更高的执行效率。早期的p o w e r p c 系列产品有： 6 0 1 ，第1 个p o w e r p c 产品。其目标是让p o w e r p c 结构尽快地占领市场，6 0 1 是3 2 位计算机，其时钟速度可达8 0 m h z ，每个时钟周期可执行3 条指令。 6 0 3 ，设计目标是低端台式机和便携机，它也是3 2 位计算机，性能与6 0 1 相 当，但价格低并且执行效率更高。它的时钟速度为8 0 m h z ，每个时钟周期执行 两条指令，适用于低能耗要求的计算机。 6 0 4 ，设计目标是台式计算机和低端服务器，也是3 2 位计算机。6 0 4 使用了 更先进的超标量设计技术，以获取更高的性能。6 0 4 的时钟速度为1 0 0 m h z ，每 个时钟周期可执行4 条指令。 6 2 0 ，设计目标是高端服务器。p o w e r p c 系列机中的第1 个使用全6 4 位结构 的产品，它包含6 4 位寄存器和6 4 位数据通路。 尽管p o w e r p c 产品都具有基本一致的体系结构，但是具体规格型号却与制 天津大学硕士学位论文第二章网络下载器的软硬件环境 造公司有关，由制造公司决定。一般而言，i m b 公司生产的p o w e r p c 芯片有p p c 的简称，m o t o r o l a 公司生产的p o w e r p c 芯片有m p c 的简称。 2 0 0 3 年，p o w e r p c 出现许多可喜的变化，面向下一代超级计算机的p o w e r 5 处理器发布，p o w e r p c 9 7 0 被苹果电脑选中并迅速成为受到人们广泛关注的大热 门；同时，针对索尼p s 3 的c e l l 处理器设计完成：微软也考虑将x b o x 2 转向 p o w e r p c 架构，等等。 综上，我们可以把p o w e r p c 微处理器产品分为四代。 ( 1 ) 第一代p o w e r p c 产品 1 9 9 3 年1 9 9 5 年，代表产品：p o w e r p c 6 0 1 ，字长：3 2 位，主频：5 0 1 2 0 m h z ， 集成度：3 0 0 万个晶体管，工艺：0 6 0 3 5 微米。 ( 2 ) 第二代p o w e r p c 产品 19 9 5 年- 2 0 0 2 年，代表产品：p o w e r p c 6 2 0 ，p o w e r p c 6 0 3 e p o w e r p c 6 0 4 e ， 字长：3 2 6 4 位，主频：6 6 3 0 0 m h z ，集成度：最多达8 0 0 万个晶体管，工艺： o 5 0 2 5 微米。 ( 3 ) 第三代p o w e r p c 产品 1 9 9 7 年2 0 0 6 年，代表产品：p o w e r p cg 3 ，p o w e r p c 7 4 0 7 5 0 ，字长：3 2 6 4 位，主频：2 0 0 6 5 0 m h z ，集成度：最多达3 0 0 0 万个晶体管，工艺：o 3 5 0 1 8 微 米。 ( 4 ) 第四代p o w e r p c 产品 1 9 9 9 年2 0 0 8 年，代表产品：p o w e r p cg 4 ，m p c 7 4 0 0 ，字长：3 2 6 4 位，主 频：3 5 0 1 0 0 0 m h z ，集成度：最多达5 0 0 0 万个晶体管，工艺：o 3 0 0 1 5 微米。 m o t o r o l a 公司生产的p o w e r p c 芯片有很大一部分提供给a p p l e 公司用于组 装台式机和便携机。还有很大一部分是嵌入式微处理器，另外还包括通讯芯片。 例如m p c8 2 6 0p o w e rq u i c ci i 是通讯芯片，比其它同类产品省电7 0 。 低温型嵌入式处理器版本。e c 6 0 3 e 针对联网基础设施设计，解决了散热这 样一个非常关键的问题。 i b m 公司生产的p o w e r p c 芯片也分为两大类。一类主要用在该公司出产的 服务器和工作站产品上。其芯片型号包括：p o w e r p ca s ( 新a s 4 0 0 ) ，p o w e r p c 7 5 0 ，p o w e r p c7 4 0 ，p o w e r p c6 4 0 e 等。另一类是嵌入式微处理器。 天津大学硕士学位论文第二章网络下载器的软硬件环境 如今，从超级计算机到游戏控制台，从服务器到手机，随处可见p o w e r p c 处理器的身影，它们的体系结构是相同的。对p o w e r p c 体系结构家族树的所有 分支来说，p o w e r p c 体系结构和应用级编程模型是通用的。因此，p o w e r p c 处理 器具有功耗低、功能强大、使用方便等诸多优点，其中，p o w e r p c4 0 5 e p 的一些 特性使其适合与网络相关的嵌入式系统的应用，因此，中央处理单元选用 p o w e r p c4 0 5 e p 芯片。 2 1 3p o w e r p c4 0 5 e p t 2 】 m m 专门为嵌入式设备推出了高性能低功耗的p o w e r p c4 0 5 e p ( p p c 4 0 5 e p ) 处理器，这种处理器可以用在各种嵌入式设备上，如w l a na c c e s sp o i n t s ，d s l r o u t e r s ，c a b l em o d e m s 等等。p o w e r p c4 0 5 e p 具有高性能的砒s c 内核，具有 s d r a m 控制器、p c i 总线接口、以太网接口、片外r o m 控制和其他的外围设 备，以及具有集散支持功能的d m a 功能、串行端口、i i c 接口和通用i o 口。 p o w e r p c4 0 5 e p 处理器是基于i b mp o w c r p c4 0 5 处理器的，主频速度1 3 3 、 2 0 0 、2 6 6 m h z ，2 0 0 m h z 的p o w e r p c4 0 5e p 处理器功耗非常低，不大于1 w ，典 型功耗为2 6 6 m h z 下的o 7 2 w ，在最高的3 3 3 m h z 下运行时，功耗不会超过1 w 。 p o w e r p c4 0 5 e p 处理器还集成了双端口的1 0 1 0 0 m 以太网接口，同时加入了对 8 0 2 1 l a b 无线通讯的支持。下面是p p c 4 0 5 e p 的典型技术参数： 3 2 比特高达3 3 3 m h z 的r i s c 处理器内核，经过优化处理，从单条指令 单元和数据缓存单元全面优化，有更低的耗电量和更好的性能。1 6k b 2 路设置关联指令和数据高速缓冲存储器。 双总线结构，包括处理器本地总线( p l b ) 和片上外围设备总线( o p b ) 。 诸如p c i 总线和内存管理器这样的高速外围设备是通过带宽很大的6 4 位的本地总线( p l b ) 连接的；需求较低的设备则通过3 2 比特的外围总 线( o p b ) 连接。 p c 1 3 3 同步动态随机存储器( s d r a m ) 接口。并有3 2 比特的e c c ( e r r o r c h e c k i n ga n dc o r r e c t i n g ) 空间。 4 k b 增强的指令和数据片上存储器( o c m ) 。该片上存储器包括一个存 储控制器和一个4 k b 的单端口的静态随机存储器( s r a m ) ，此s r a m 只由中央控制内核来访问。o c m 具有对关键指令和数据响应速度快、高 8 天津大学硕士学位论文 第二章网络下载器的软硬件环境 速性能优良、存储内容完全由系统程序控制的特点。 外围总线包括f l a s hr o m f b o o tr o m 接口，直接支持8 或1 6 比特的 s d r a m 和外围设备。 p c i 接口( 3 2 比特，传输高达6 6 m h z ) ，有异步p c i 总线接口和内部或 外部的p c i 总线优化判断设备。 两个1 0 1 0 0 m b p s 的全双工以太网接口，具有8 0 2 1 1 a b 网点接入功能， 使p p c 4 0 5 e p 成为支持8 0 2 1 l a b 无线网络、宽带调制解调和其它需要 双路网络连接设备的理想处理器。另外p p c 4 0 5 e p 还有独立媒体接口 ( m i i ) 。 可编程中断控制器嫩购支持7 个外部或1 9 个内部的沿触发或电平触发中 断。 可编程时钟和软件可控计数器。 两个串行端口( 1 6 7 5 0 兼容通用异步数据收发器，即u j 6 衄) 。 i i c 接口。 通用i o 口( g p i o ) 。 支持j t a g 口。 内部处理器本地总线( p l b ) 运行于s d r a m 接口频率。 支持从p c i 存储设备启动。 图2 1 为p o w e r p c4 0 5 e p 的嵌入式控制功能模块图。 天津大学硕士学位论文第二章网络下载器的软硬件环境 图2 - 1p o w e r p c4 0 5 e p 嵌入式控制功能模块图 由上图可见，p o w e r p c4 0 5 e p 采用了m m 特有的设计理念，把主要的功能 模块都集成到一起，用内部连接总线把各个集成单元连接起来，从而实现更大、 更复杂的专用集成电路( a s i c ) 。 p p c 4 0 5 e p 的串行端口特性如下 一个8 引脚的通用异步数据收发器( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u s r e c e i v e r t r a n s m i t t e r ，即u 灿盯) 和一个2 引脚( t x 和r x ) 的通用异步数据 收发器( i7 a r t ) 接口。 内部时钟，支持很大范围波特率。 串行口寄存器与n s l 6 7 5 0 寄存器兼容。 完成状态通报功能。 在f i f o 模式下，收发器各有1 6 个字节的缓冲存储空间。 具有完全可编程特性。 通过内部d m a 引擎，可以支持d m a 模式。 2 1 4 开发平台简介 图2 - 2 为i b m a m c c 的p o w e r p c4 0 5 e p 双网口和三个p c i 接口的开发板。 天津大学硕士学位论文第二章网络下戴器的软硬件环境 为了有效的解决网络视频传输，数据采集和行业定制r o u t e r 的需求，i b m a m c c 专门开发了基于p p c 4 0 5 e p 的开发板。 该开发板具有以下资源： ( 1 ) p p c 4 0 5 e p 运行在2 6 6 m ，或者3 3 3 m h z ，内部1 6 k 数据缓存和1 6 k 指 令缓存：并且内部有4 k 高速r a m 供高速应用。 ( 2 ) 板载2 个1 0 0 m b p s 的以太网接口。和一个调试用串口，它也可以作为 外接m o d e m ，c d m a ，g p r s 用的串口。 ( 3 ) 板载3 个p c i 插槽，支持3 3 m 或者6 6 m 的p c i 接口板。 ( 4 ) 板载5 1 2 k b y t e s b o o t n o r f l a s h 和1 2 8 m b y t e s n a n ) f l a s h 。 ( 5 ) l o c a l b u s 使用标准贴片的1 0 0 p i n 接插件引出，非常方便用户扩展类 似d s p 子板，f p g a 子板等用户自定义的局部总线板卡。 ( 6 ) 板载3 2 m 或者6 4 m b y t e s s d r a m ，运行在1 3 3 m h z ，- 频。 ( 7 ) 板载1 2 8 b y t e s i i c e e p r o m 和i i c 接口的实时时钟。 ( 8 ) 运行242 5 和2 6 】4 内核，非常稳定和可靠。 ( 9 ) 已经测试的p c i 板卡包括p r o m i s e 的p c i 转i d e 卡和n e c 的u s b 20 卡等等。 图2 - 2p o w e r p c 开发板 天津大学硕士学位论文第二章网络下载器的软硬件环境 2 1 5p c i 转s a t a 芯片3 】 根据要求，下载器的功能控制单元要与存储介质相连接，以便把从网络下载 下来的数据进行保存，此处为了不至于出现数据传输速度瓶颈，我们采用p c i 接口向s a t a 硬盘传输数据，两者之间采用s i i 3 5 1 2 进行转接。下面是s i l 3 5 1 2 的些特性描述。 在整体方面，s i l 3 5 1 2 具有如下特点： 具有卓越的p c i 转s e r i a la t a ( s e r i a la d v a n c e dt e c h n o l o g ya t t a c h m e n t ) 主机控制芯片。 适用于p c i 规范( 2 3 版本) 。 与i d e ( i n t e g r a t e dd r i v ee l e c t r o n i c s ) 接口编程规范( 1 0 版本) 相匹配。 驱动程序支持微软w i n d o w s 9 8 及其以上版本操作系统；支持n e t w a r e 5 1 及其以上版本：支持r e dh a tl i n u x 8 0 ，9 0 版本操作系统；支持s u s e l i n u x 8 1 ，8 2 操作系统和u n i t e dl i n u x l 0 版本操作系统。 支持用于b i o s 扩展的高达4 m b i t 的外部f l a s h 或e p r o m 。 支持s i l i c o ni m a g e 公司为实现芯片特定功能而特别开发的专门驱动程 序。 采用o 1 8 u r nc m o s 工艺，内核电压1 8 v ，i o 口电压3 3 v ( 最高可5 v ) 。 s i l 3 5 1 2 的p c i 特性： 支持3 2 b h 数据的6 6 m h zp c i 功能。 支持p c i 奇偶校验指示( p e r r ) 和系统错误指示( s e r r ) 报告功能。 支持的p c i 总线控制功能包括：存储器的读出和写入功能。所支持的p c i 目的总线功能包括：目标特性的读写，i o 口的读写，存储器的读写， 等等。 具有字节队列功能，以支持单字节p c i 地址访问。支持可编程p c i 代码 表和可载入p c i 代码表的e e p r o m ，f l a s h 和e p r o m 等。 表2 1 给出了s i l 3 5 1 2 的整体电气特性参数。 天津大学硕士学位论文第二章网络下载器的软硬件环境 表2 - 1s i l 3 5 1 2 的电气特性参数 符号 参数额定值单位 v d d o ，v d d x i oa n do s c i l l a t o rs u p p l yv o l t a g e 4 o v v d d l ，v d d a ，v d d p d i g i t a l ，a n a l o ga n dp l ls u p p l yp o w e r 2 1 5v v p c i l ni n p u tv o l t a g ef o rp c is i g n a l s o 3 6 。0 v v n o n p c ii ni n p u tv o l t a g ef o rn o n p c is i g n a l s 0 3 一v d d ( h 0 3 v v c l ki n i n p u tv o l t a g ef o rc l k i 。0 3 v d d x + o 3v i o u t d co u t p u tc u r r e n t1 6m a e j a t h e r l t l a lr e s i s t a n c e ( j u n c t i o na m b i e n t ) 4 6 3o c 嘲 t s - r os t o r a g et e m p e r a t u r e 6 5 1 5 0 - c s i l 3 5 1 2 的p c i 接口遵守p c i 总线标准2 3 版本。s i l 3 5 1 2 既可以作为p c i 的 控制模块，也可以作为p c i 的负载，并且留有性能配置空间和内部寄存器。当 s i l 3 5 1 2 需要访问公共存储区时，它就成了p c i 总线的控制部分，不需要外部干 涉即可完成对内存区的读写操作。当作为连接p c i 总线和s e r i a l a t a 总线的桥梁 时，s i l 3 5 1 2 就作为了p c i 总线的负载而运行。 当作为p c i 的控制模块时，s i l 3 5 1 2 可以进行诸如p c i 总线的读写等操作。 当作为p c i 总线负载时，s i l 3 5 1 2 可以进行诸如i o 口读写、p c i 设备特性读写、 存储器读写等操作。在实际运行中，s i l 3 5 1 2 可以根据系统运行的不同要求而在 控制模块和负载模块之间转换角色。 s i l 3 51 2 的s e r i a la r a 适用于s e r i a l 朋r a1 0 标准，支持两个独立的s e r i a l 煳陵 通道，最高传输速率可达1 5 g b s 。 p c i 接口功能模块和s e r i a la t a 接口功能模块是s i l 3 5 1 2 中最重要的两个功 能模块。p c i 接口可以与任何具有p c i 总线的系统相连接，其指令和系统时钟都 是根据这一接口制定的。s e r i a la 1 队接口具有两个独立的通道，可以与存储设备 相连，比如磁盘驱动器，软盘驱动器和c d r o m 等。图2 3 和图2 4 分别是s i l 3 5 1 2 芯片的逻辑模块框图和s i l 3 5 1 2 芯片的功能模块图。 天津大学硕士学位论文第二章网络下载器的软硬件环境 b u sd a t a 1卜 s e l t a la t a i n t e l f a c e f i f o n ( h a n n e l j j 0 、 ! i 7 赴 p c i d m a w e n g i n e p c i f l a s h i n t e r f a c e，1 a l 。b i t e re e p r o m 厂一一 i n t e r f a c e p c i d m ：a e n g i n e 广 7 b u sd a t a 1卜、 s e r i a la z z i n t e r f a c ef i r o 广 c h a n n e l 存1 图2 - 3s i l 3 5 1 2 芯片逻辑模块图 图2 4s i l 3 5 1 2 芯片功能模块图 一般情况下，当一个系统要初始化一个还有p c i 设备的模块时，初始化程序 会从p c i 总线上读取每个p c i 接口的特性描述。模块中的硬件信号根据总线的编 1 4 天津大学硕士学位论文第二章网络下载器的软硬件环境 号、插槽号或是功能编号来选择特定的p c i 设备，如果一个模块中的某个设备被 指定用作进行特性区分，那么初始化程序就会读该设备的特性描述，以便进行区 分。任何p c i 设备都可以集成多种功能，因此每个功能都必须有不同的功能特性 描述来区分。一般情况下，新的功能信息需要写入功能特性描述存储区。 图2 - 5p c i 功能特性描述区域的存储格式 由图2 5 可见，我们可以通过观察存储区中的0 到3 1 位来确定对s i l 3 5 1 2 的 特性描述。高位的2 1 个字节所记录的信息我们不必关心，也不由人为控制。第 1 0 位到第8 位为功能描述位。第7 到第2 个字节的信息用来确定选择哪个特性 寄存器来访问。可供选择的数字为0 到1 5 。如果访问了这个范围以外的寄存器， 访问方将会得到一个全零的返回值，并且这个值不会指导访问方进行任何动作。 当系统初始化时，所有的这些可写入的状态位都会由硬件清零( p c i r e s e t ) ，清零之后，s i l 3 5 1 2 将只对p c i 特性的读写有所响应。 2 2 系统软件环境 系