（信号与信息处理专业论文）面向dsp的支持ipv46双栈gdb调试开发平台.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 面向d s p 的支持i p v 4 6 双栈g d b 调试开发平台 摘要 嚣联两、嵌入式系统和数字信号羟邂器( d s p ) 歪在影晌并茂 变着人们的生活，其发展速度已经远邋超出了大多数人最初的 颈憨。互联舞已经遴入了个裹速发震除羧，最主簧戆表褒题 上网用户数的激增和各类网上业务的蓬勃发展，其承载内容也 正在凝羞夸、视频多媒体方肉发展。面与其发展步伐不匹配懿 是：目前的i p v 4 协议正逐渐表现出其地址空间小的弊端。下 代互联网正蓄势待发。a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e ) 嵌入式祭 统和数字信号处理器已无处不在，手机、掌上电脑、数字机顶 盒、数码相机、数字电视等产品应用前景越来越广泛。将嵌入 式系统、数字信姆处理和下代互联阏技术结合魑未来音视频 信息处理的关键技术。 本课题的研究工作主要肖以下几个方面： 在s p e c t r u md i g i t a l 公司的，i m s 3 2 0 v c 5 4 7 1 评储板上实现了 支持a r m + d s p 处理器的戳太网链路鼷协议。在此基础上进 步完成了t c p i p v 4 6 双协议栈，使得d s p 处理器在无操作系统 太原理工大学顿士研究生学位论文 d s po r ie _ n t e da n di p v 4 6d u a l s 融c k s u p p ( 疆e dg d bd e b u gd e v e l o p m e n t p l a t f o r m a b s t i 己a c t h i g h s p e e dp r o 笋e s so fi n t e m e t ，e m b e d d e ds y s t e m ，a n dd s p ( d i 西t a ls i 印a lp m c e s s o r ) h a sn o wd e v e l o p e d 鼬b e y o n do u r 龃t i c i p a t i o n t h e 锄o u n to fi n t e l e tu s e ri si n c r e a s i n ge x p o n e n t i a l l y a n ds om a m yk i n d so fc o n m l e r c i a lb u s i n e s sa “m n di t 量1 a _ v eb e e n b o o s t e d t h ei r n e m e ti sn o wc a q i n gn mo i l l ya u d i os i g n a l sb u t a l s ov i d e om u l t i m e d i a h o 、v e v e r ，i n c o n s i s t e n tw i 协越m g hs p e e d d e v e l o p m e m ，m ei p v 4u s e dt o d a yh a sn o te n o u 曲a d d r e s ss p a c e ， a 1 1 dt h en e x tg e n e r a t i o ni n t e m e t ( i p n g ) i s j u s to nt 1 1 eh o r i z o n 删( a d v a i l c e d 魁s cm a c h i i l e ) e m b e d d e ds y s t e ma i l dd s p a r ew i d e l yu s e di i l e v e r y 、v h e r en o w a d a y s ，f o re x 锄p l e ：m o b i l e t e l e p h o n e ，p d a ( p e r s o n a ld i 西t a la s s i s t a r l t ) ，d i g i 协lt o pb o x ，d 追i t a l c 锄e r a ，a n dd i g i t a l 1 1 1 c yh a v eg r e a t l yf a c i l i t a t e do u rl i v e s a n d i tw i l la l s oh a v eab r i g h tf i l t 薯童妻i 蟹謇誊薹；暮娄；耋孽? 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h ec o m b i n a t i o no fe m b e d d e d s y s t e m ， d s pa n dn e x t g e n e r a t i o ni n t e m e tw i l lb em ek e yt e c l l i l i q u et op r o c e s sa u d i oa n d v i d e oi n f b m l a t i o ni nm e 矗m 】r e t h em a i nw o r ko f t | l i sp 印e rl i e si nt h ea s p e c t sl i s t e db e l o w ： r _ e a l i z e 1 ee t l l e m e td a t al i n k l a y e rp r o t o c o lw 1 1 i c hs u p p o n a r m + d s pb a l s e do nt l l et m s 3 2 0 v c 5 4 7 le v a l u a t e db o a r d p r o d u c e db ys p e c t m md i g i t a lc o n l p a n y ： c o m p l e t et l l et c p i p v 4 6d u a lp r o t o c o lg t a c k ，w h i c hm a k e p o s s i b l ef o rd s p t o 仃a n s m i td a 诅t oe t l l e m e tb yu s i n gi p v 4 锄【dv 6 i nc o n d i t i o no fn oo p e r a t i r 培s y s t e ma tt h es a m et i i i l e t h en e t w o r k t m s m i s s i o ni sr e a l i z e db yd s pd i r e c t l yt l l r o u g ht c p i p ，m i s 铲e a t l yi m p r o v e t l l ee f f i c i e n c y o fd u a l - c o r ep m c e s s o r ，a i l dt l l e p r o g r 锄m i n ge m c i e n c yo f t l l ep m g f a i r m e r so ni t e s 讪l i s h e dm e 鼬e m e t - b a s e dg d bd e b u gp l a 怕m ，o nw h i c l l ， t h ep r o g r a mi n 删a i l dd s pc a l lb ed e b u g g e dc o n v e m e n u y f u n h e r m o r e ，t h ec o s tf o rp u r c h a s i n ge x p e n s i v ed e b u gh a r d w a r ea 1 1 d s o f 【w a r eh a sb e e nd r 锄a t i c a l l yd e c r e a s e d 1 v 太原理工大学硪士研究生掌能论文 b a s e do nt h er e s e a r c hf r u i t sd i s c u s s e da b o v e ，ar u d i m e n t d i g i t a l a u d i oc l a s s r o o mi s d e v e l o p e d ，w h i c hr e a l i z et h ee f f i c i e n t c o m b i n a t i o no fa u d i os i g n a lp r o c e s sa n dt c p i p v 4 6d u a lp r o t o c o l s t a c k a 1 li n a l l ，d s ps u p p o r t e de t h e r n e t d a t a l a y e rp r o t o c o l ， t c p i p v 4 6d u a lp r o t o c o ls t a c k ，a n dg d bd e b u ge n v i r o n m e n t t o g e t h e rc o n s i s to fa na u d i ov i d e op r o c e s sp l a t f o r mf a c e dt ot h e n e x tg e n e r a t i o ni n t e m e t 。s oi tw i l lh a v ea 糍蓄嚏f u t u r et oa p p l yt h i s k i n d o fp l a t f o r mi n t ot h ee m b e d d e d s y s t e m a n dn e t w o r k d e v e l o p m e n t t h i sp a p e rc o m b i n e da r m ，d s p , t c p 皿a n da u d i os i g n a l p r o c e s st o g e t h e r , d e v e l o p e das e to fe t h e r n e t - b a s e dg d bd e b u g p l a t f o r m ，w h i c hh a st h ec h a r a c t e r i s t i co fs t r o n gt r a n s p l a n ta b i l i t y , c o m p a c tc o d e ，a n ds m a l ls y s t e m r e s o u r c ec o s t 。i ti ss u i tf o ra l lk i n d s o f a r m + d s p 9 a s e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ，d s p ，i p v 6 ，a u d i oa n dv i d e o i n f o r m a t i o np r o c e s s v 太服理工大学硕士研究生学位论文 7 8 s 3 岳2 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，除文中特别加以标注和致 谢孛所罗列的痰容外，论文中不包含其德人已经发表或撰写过 的研究成果；也不包含为获得太原理工大学戚其他教育机构的 学位或证书两使用过熬窖孝糕。与我露工作静同志对本文磷究 所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 本人签名_ 垒垒鸳曰期：竺年月卫日 太原理工大掌硕士研究生学位论文 关于论文使用授权的说明 本人完全了瓣太骧瑾工大学有关缳灏翻饺霭学位论文鞠裁 定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论 文；学校可以公布论文的全部绒部分内容，可以允许采用影印、 缩印或蒸它复剿手段保存论文( 保密的论文在解密敷遵守此纛 定) 。 本人签名：垒塞盗翻期：j 堕年月丑曰 导师签名： 嗍：垃年上胄乎基 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 嵌入式系统 第一豢选题意义 近年来，随着计算技术、通信技术的飞速发展，特别是互联网的迅速 普及和3 c ( 计算机、通信、消费电子) 合一的加速，微型化和专业化成 为发展的新趋势，嵌入式产品将成为信息产业的主流。【1 】 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁 剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专 用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系 统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监 视或管理等功能。 1 1 1 嵌入式系统特点 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备以下 4 个特点【2 ，3 】： 1 ) 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中 断响应时间，使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度； 2 ) 具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结 构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计 强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断； 3 ) 可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能 的嵌入式微处理器； 4 ) 嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动 1 太愿型阜孬爱锣嘉垡器墨夏僻堡转 墓囊薹薹薹萋囊雾萋雾冀篓委囊囊薹露鬓蠢烂主歪蠖晴：翌戥烈妥尉冒摩 舻z 秘曼茬孙郭； 阵m 邑甄黜啪；萋墓i 主| 墓i 彝辇1 ；善 i l l l i 耋l 到爹耋磊；矿5 轩需 ”m 潘瓣驰瓯暗枣蜒她茧勤驹确墅蹬。职全恐：_ j 戤鬟掣戡互掣矗黑 掣蠹燮氆a 遵灞渤堤似疆1 月瞒畔喊找h 鹭吲列蚓j 哓理蒯酬搋繇铧拍 稍翟得早南借型搽群矗i | l 鎏功 耗有严格要求的专用计算机系统。它一般 由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序 等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。1 11嵌入式系统特点嵌入 式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备以下4个 特点i i ，3 】：1 ) 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响 应时间，使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度；2) 具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已 的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；3) 可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌 入式微处理器；4) x 太原理工大学硕士研究生学位论文 的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统照是如此，如需要功耗只有 m w 甚至彗w 级。 中图计算机学会( c h i n ac o m p u t e rf e d e r a t i o n ) 于1 9 9 9 年6 月举行了 “嵌入式系统及产业化在中国的发展前景”研讨会，专家们探讨了嵌入式 系统程当令计算讯工照孛静蘧经及其鼷络纯闻薅，认隽下代霹络缓各中 嵌入式设备将大大增加，7 0 是嵌入式设备。嵌入式系统工业是专用计算 机工业，其目的就是要把一切变褥更简单、璺方便、更普遮、更适用；避 用诗算梳的发展变为功能电癌，蕊遍进入毒圭会，嵌入式计算梳发震豹舀栎 是专用电脑，实现“普遍化计算”，因此可以称嵌入式智能芯片是构成来 来世雾的“数字基阂”。沈绪榜院士预言，“寒米十年将会产生针头大小、 其有越过l 亿次运算麓力豹嵌入戏智能芯片”，运将提供无蔽豹麓造空闻。 1 1 2 发展趋势 嵌入式系统将肖以下方向趋势1 1 1 ： 口嵌入式产品将与互联网成用相互促进，快速发展，嵌入式产品将 成为嚣联网的主要终蠛之一，隧上将出现大爨戆服务予嵌入式产品静软 件，并肖专门服务予嵌入式产箍的内容： 口随着微电子技术的快速发展，芯片功能鼹加强大，s o c ( s y s t e mo n c h i p ) 应用己成趋势。这不仅鼹酶低成本，缩小产品傣积，还将增强产黯 的可靠健。同时，软彳串硬件的紧袋缩合，嵌入箴软件与硬辞界线更热模糊， 嵌入式软件时常以硬件形态存在，这种方式可撮商实时性，增强可维护性； o 无线遁讯产黠将成为嵌入式软终的重鼗废焉领域，一方覆，已豁 无线产品将借助芯片技术和嵌入式软件来提离髋能，另一方蕊当前许多嵌 入式产品都将增加无线通讯功能。因此，未来几年，蓝牙等相关技术会与 嵌入式较 孛耀互健邀，共冠发震，使更多数产鹣暴毒通谖功缝，使更多黪 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 通讯产晶更好地为用户服务； 鑫嵌入式攥终系统会与袋入褒援袈终秘瓣发震。豫嵌入式搡孬系统 之外，嵌入式系统的另一个重要角色是嵌入式应用软件。嵌入式系统应用 领域千麓万别，嵌入式应用软件的发展最终满足丰富多彩的应用要求。 1 2d s p 处理器强大的数字运算麓力 1 2 1d s p 芯片特点 d s p 芯片，也称数字信号处理器，是一种特殊的嵌入式处理器，主要 应用于实时高速实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求， d s p 芯片一般具有如下主要特点： 1 ) 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法； 2 ) 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据： 3 ) 片内具有高速r a m ： 4 ) 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持： 5 ) 快速的中断处理和硬件i ，o 支持； 6 ) 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； 7 ) 可以并行执行多个操作； 8 ) 支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。 1 2 _ 2d s p 芯片的应用 自从2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初d s p 芯片诞生以来，d s p 芯片得到 了飞速的发展。这一方面得益于集成电路技术的发展，另一方面也得益于 巨大的市场需求。在近2 0 年时间里，d s p 芯片已经在信号处理、通信、 雷达等许多领域得到广泛的应用。目前，d s p 芯片的价格越来越低，性能 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 价格比日益提高，具有巨大的应用潜力。d s p 芯片的应用主要有：【4 】 1 ) 信号处理如数字滤波、自适应滤波、快速傅立叶变换、相关 运算、谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形产生等； 2 ) 通信如调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回 波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、可视电话等； 3 ) 语音如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人 辨认、说话人确认、语音邮件、语音存储等： 4 ) 图形图像如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增 强、动画、机器人视觉等； 5 ) 军事如保密通信、雷达处理、声纳处理、导航、导弹制导等； 6 ) 仪器仪表如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理等； 7 ) 自动控制如引擎控制、声控、自动驾驶、机器人控制、磁盘 控制等； 8 ) 医疗如助听、超声设备、诊断工具、病人监护等； 9 ) 家用电器如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与游戏、 数字电话，电视等。 随着d s p 芯片性能价格比的不断提高，可以预见d s p 芯片将会在更 多的领域内得到更为广泛的应用。 1 3 下一代互联网协议i p v 6 1 3 1i n t e m e t 的发展和应用历史 回顾i n t e r n e t 的发展和应用历史，预测i n t e m e t 的明天对i t 企业的战 略设计的意义重大嘲。 第一阶段：1 9 8 0 年一1 9 9 0 年i n t e m e t 发展的萌芽阶段。解决异种计算 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 3 2 发展i p v 6 的紧迫性和必要性 随着i p 业务的迅速增长，i p 网络应用的不断增加，原有的i p 网越来 越显得力不从心。i p 网络正在向下一代网络演进，其网络协议也应产生重 大变化。目前使用的i p v 4 是7 0 年代制定的协议，随着全球i p 网络规模的 不断扩大和用户数的迅速增长，i p v 4 协议已经不能适应发展的需要。i p v 6 是1 9 9 2 年提出的，有许多优电的特性。尤其在i p 地址量，安全性，服务 质量，移动性等方面优势明显。采用i p v 6 的网络将比现有的网络更具扩展 性、更安全，更容易为用户提供质量服务。尽快推广i p v 6 对于我国信息产 业的发展有着深远的战略意义【6 】： 一、根本解决i p 地址枯竭问题。互联网已经成为社会和经济的重要组 成部分，如果不能及时向i p v 6 过渡，就会在不远的将来，因地址不够而阻 碍互联网的发展； 二、争取对i p v 6 地址分配的发言权。在i p v 4 上我国没有发言权，直 接造成了目前申请地址相当的困难。积极参与国际i p v 6 的研究，争取对 i p v 6 地址分配的发言权； 三、在我国设立域名解析的根服务器。尽早加入i p v 6 国际研究组织有 霹麓在我国羧立装名瓣褥豹摄骚务嚣，一寒霹班翔捩域名簿橇豹速度，藏 少不必要的出国流量，增加进入流量，= 来也可避免受制于人； 四、i p v 6 可以解决i p 技术的瓶颈闯题，推动僚息通信产业的发展。 主要表瑗为： 口i p v 6 将彻底解决中国下一代i p 噜信网络和下代互联网发展的瓶 颂，即i p 地址不足问题； 口i p v 6 褥解决金藏瓣户组建堑务瓣络的瓶颈遣蛙不是及多层次 网络安全通邋的结构管理问题； 口i p v 6 褥推动非计算机互联网信息终端的普及，为人们的工作和生 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 活创造更多的财富和方便； 口i p v 6 将使三网( 因特网、电信网和广播网) 合一成为可能，这将 彻底改变世界面貌。 五、提高运营商的核心竞争力。由于应用i p v 6 协议能大幅度改善网络 性能与质量，因此，如果电信运营商能够率先进行商业运行，必然大大改 善其q o s ，增强在同行业中的竞争实力。各国的电信服务商都将建立i p v 6 网络，中国的电信公司应尽早开始向i p v 6 过渡，可以积累最新技术和经验， 有效利用网络资源，达到强化国际竞争力的目的。同时，早日着手i p v 6 网络的建设有助于节省社会投资，避免重复投资i p v 4 ： 六、移动互联空间无限。第三代移动通信协议( 3 g p p ) 已经明确要求 使用i p v 6 ，作为潜在移动通信用户最多的中国，对这样巨大的市场应给予 足够的重视； 七、完成从引进技术转变为引导技术发展的转变。对中国产业界而言， 采用i p v 6 将使中国赢得一个从引进技术转变为引导技术发展的机会，给我 国制造业及软件业带来前所未有的机遇。 由于现在美国发展i p v 6 的态度并不是非常的积极，这样就给其它国家 留出了相当大的发展的空间。我们应把握这样的时机，并联合欧洲，日本， 韩国等国家，掌握下一代互联网发展的主动权。 1 4 啻、视频信患处理 随着宽带接入技术的成熟，互联网的潜力正在进步被发擒，互联网 的应用也正襁发生着巨大的变化。电予商务和休闲娱乐等应用已经发展到 稳当大熬蒂璐筑模，著盈爨然保持离逮增长强。瑗在豢联网俦辕戆僖患还 主要是以文字、图片形式的信息为主，而下一代互联阏上传输的将主要是 多媒体信息，其中音、视频信息占据棚当大比例【8 】。因此，音、视频信息 7 太原理工大学薹! 士研究生学位论文 处理终端将会广泛应用在互联网中，网络视频会议、视频点播、网络教室 等蒋会疆楚可觅。 我园制定了在2 0 1 5 年之前用数字电视代替传统模拟电视的计划，程 以太刚上进行数字电羹传输是竞争激烈的商业机会。将嵌入戏系统、数字 信号撼溪和下一；妻要联网按拳结会跫未来音秘频信怠楚理豹必键技术。 1 5 本课题主要工作 本课题针对以上四个方面的需求开展了下列研究工作： 一、在s p e 女；r u md i g i t a l 公司的t m s 3 2 0 v c 5 4 7 1 评估板上实现了支持 d s p 鲶疆器弱戳太麟髓路层协议； 二、完成了t c p i p v 4 6 双协议栈，使得d s p 处理器在冤操作系统条 件下同时使用i p v 4 和v 6 进行以太网数据传输成为可能； 三、建了了基予黻太网巧凌敕g d b 调试警盘，l 够方便抉捷遣调试 a r m 和d s p 环境下的应用程序 四、本课题集a r m 、d s p 、t c p 仰、语音情号处理于一体，实现了谱 音售号处理与t c p i p v 4 6 双秘议援豹骞效结会，与g d b 调试繇壤一起构 成一个蔺向下一代飘联网的音、视频处理开发平台，适用于各种基予 a r m 十d s p 处理器。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 硬件平台 第二章平台介绍 本文的工作是在s p e c t m md i g i t a l 公司的t m s 3 2 0 v c 5 4 7 1 评估板上完 成的。该评估板使用德州仪器公司( t c x 8 si n s 仃u m e n t s ) 的t m s 3 2 0 v c 5 4 7 1 微处理器芯片1 9 】。它集成了双处理器核和一些外围设备：其中d s p 子系统 包含一个有7 2 k 字长( 1 6 位) 的数据程序r a m 的d s p 核及一些外围设备， a r m 子系统包含一个伽m 1 7 t d m ic p u 核和一些外围设备。 2 1 1 以太网接口模块e i m ( e m c 玎1 e t i n t 刚k m o d u l e ) 处理器内部集成的以太网接口模块e i m 有效地实现了i e 髓8 0 2 3 ， 嚣艮黯e t m a c( 漱遮a c c e s se o 珏的1 ) 熬琏戆。垂骧下霾个模块缌或： 口酚嘿t 模块e n b t 模块执行l o ，1 0 0 m b i 魄融适应以太网媒体访问 控制( m a c ) 操作。与i e e es t d8 0 2 ，31 0 n 0 0 m b i “s 企兼容； 1 ) 支捺全双工学殴王搂式； 2 ) 带媒体独立接口m i i ( m e d i a - i n d e p e n d e n ti n t e r f ；啪) ； 3 ) 支持全双工模式的流控制。 叠蔽太鼷狭态掇( 嚣s 弑) 戳太麴获态规模块受夤毽魏臻窿，主要 任务就是等待接收队列中有效的以太瓴，检查它的秘的地址，然艏把它传 送到与目的蚍址对应的发送队列中。 o 包肉存速蛙空麓梵溆曙d o 番8 溉f f d e3 疆懿1 6 k 字节 s r a m ，用来存放以太网数据包。 口局部总线接口，独立于a i t mc p u 总线干预的内部包交换。 挚 太原理工大学硕士研究生学位论文 以太网接口模块见图2 1 。数据包在这些接口之间的路由是通过两个 端口来实现的：1 ) 连接到物理接口的以太网m a c 端口，称为e n e t 0 端口； 2 ) 连接到a r m 软件l c c 层的虚拟端口，称为c p u 端口。路由规则如下： 所有从e n e t 来的数据如果属于单播、广播或多播模式则发送到c p u 端 口；所有从c p u 端口来的数据都无条件被发送到e n e t 端口。 m i i ，p h y 删存储器接口 图2 1 以太网接口框图 f 9 2 - le m e m e tn e t 、o r ki t e r f a c e 2 1 2 a r m 子系统 包含一个删7 t d m ic p u 核和一些外围设备： 口a r m 存储器接口，可以和外部s r a m ，f l a s h ，r o m 及s d r a m 交 换数据； 口1 6 k 字( 3 2 + 4 0 9 6 ) 片内零等待s r a m ： 口带8 + 8 键盘接口的a r m 通用i ，o ( g p i o s ) ： 口三个定时器，其中两个用来做通用定时器，个做看门狗； 口u a r t 接口； 口a r m 中断管理； 口时钟生成和控制器； 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 口锁相环； 口1 0 l o o b a s e t 以太网接口e i m ； 口主设备1 2 c 接口； 口串行设备接口s p i ( s e r i a lp e r i p h e r a li n t e r f a c e ) ； 2 1 3 d s p 子系统 t m s 3 2 0 v c 5 4 7 1 处理器上集成了t m s 3 2 0 c 5 4 xd s p 内核 1 0 j 1 】。与其 它c 5 4 x 完全兼容，是t i 的t m s 3 2 0 系列的定点数字信号处理器，采用修 改过的哈佛结构，突出的特点是低功耗和高度的并行处理能力： 口一条程序总线和三条数据总线，程序总线和数据总线的相互独立 可以提高并行处理能力； 口数据霹戳在程枣憨线和数据总线之闯移动； 口在个时钟里可以同时进行两个读操作和一个写操作； 口一个篱度并行匏数学逻辑单元a l u ； 口摄像了对中断、霪复执行指令鞠菡数调用的控帝l 税制，从丽提赢 了编程的灵活性； o 一个a r m 璇接翻a p i ； 口一个程序可编程能锁稆环p l l ； 口一个中断处理器； o 一个黪疗接口x i o ； 口一个时钟； 口7 2 k 牢r a m ： 口秀拿多逶道缓渖枣爨m c b s p s ； 口一个j t a g 接口； 口最大1 0 0 m h z 的可编程时钟周期。 ” 太原理工大学硕士研究生学1 1 i ! ：论文 2 2 软 牛调试开发平台 2 2 。1 嵌入式调试开发平台 调试是开发 妻糕中必不可少懿环节，歇总体上分可以将操作系统分为 通用桌面操作系统年辩嵌入式操作系统，两者的调试环境存程鞠显的差剐。 前者，调试器与被调试的程序往镪是运行在同一台机器、相同的操作系统 上的鼹令逡程，谖试爨进程通过掇终系统专门攥供酌调曩接翻控铡、访阏 被调试进程。后者( 又称为远程调试) h 答，为了向系统开发入员提供灵活、 方便的调试界面，调试器还是运行于通用桌面操作系统的应用程序，被调 试静稔窿裂运毒亍予蒸予特定硬磐平套戆嵌入式攥搀系统( 羹标操终系统) 。 嵌入式软件集成开发环境是用于开发嵌入式操作系统及其应用程序 的一组工具套件，魑一套完整的交叉开发环境，除包含基本的、必要的开 发工其夕 还霞含一整囊级夔开发王具，翔矮壁警理、叛本擦翱、幢倪纯 分折嚣、配置工具、指令级模拟器等。同时，通过界面集成、文件共享、 消息通信等手段，将各个独立的开发工具有机地集成在一起，形成一个完 整的开发矮境，使麓户在移毽秘秀发轰天式痘瓣较磐跨效率箍裹。 目前市场上嵌入式系统的开发调试工具主要有i 】：源程序模拟器 ( s i h l u l a t o r ) 、实时猩线仿真系统( i c e ：i nc i r c 戚e n l l u a t o r ) 和集成开发 嚣境f l 努嚣) 等。荚孛淫稳痔模攘嚣( s i m 谨踟f ) 巍一饕处理黪上模数贯一耱 处理器指令运行。它在指令执行时间、中断时间、定时器等方面与实际处 理器脊相当大的差别，尤其困难的是无法准确嫩描述目标处瑷器的外部攀 斧。因懿源疆彦模羧瓣调试程旁鹣效栗不会理憋。实嚣在线镑囊系统 l c 嚣) 是对目标板进行程序下载、调试排错和硬件实时监控的系统，是嵌入式威 用系统调试最有效的开发工具。假是这种设备隙了价格非常昂贵之外，述 骞嚣令致会弱点。第一、程鹰l c 麓都是锌对蒸辖整理器数，这是萁狯穆爨 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 贵的主要原因。用户甚至必须为处理器的升级而支付i c e 的更新费用。第 二、所有i c e 的界面都是专门设计的，不具有象l i n u x 的开放性，更无统 一标准。各种不同的i c e 界面使用户无所适从，并且没有哪个i c e 界面为 用户的特殊要求提供扩充的灵活性。比如，德州仪器公司为其嵌入式系统 开发了i c e 系统c c s ( c o d ec o m p o s e rs n l d i o ) ，但c c s 的交叉编译器在支持 l i n l l ) ( 平台上存在致命缺陷，导致在c c s 环境下移植l i n u x 几乎成为不可 能的事情。 目标机和调试机的分离带来了以下问题：双方如何通信，被调试程序 产生异常如何及时通知调试器，调试器如何控制、访问被调试程序，调试 器如何识别有关被调试程序的多任务信息并控制某一特定任务，调试器如 何处理某些与目标硬件平台相关的信息( 如目标平台的寄存器信息、机器 代码的反汇编等) 。【1 4 l 利用源代码开放的集成开发环境协议g d b 作嵌入式i d e 界面来构建 i c e 系统可以很好地解决这些问题。 2 2 2 熬干g d b 的嵌入式i d e 源鼗碣嚣放也蕊删国哪遮n o | u 斑癣项目，电被称秀蠡由软传运动” 传教士”的瑗鬻德马修斯托曼( r i c h a r dm a 往h e ws t a l l m a n ) 于1 9 8 4 年发起 的【1 5 】。它是一个以开发自由开放的操作系统，并以此向计算机用户提供自 囊开放豹选择为嚣标戆硬瓣。它在因特鼷土提供免费戆有关磷究粒嚣发成 果，如免费的r t o s 、e c o s 、针对特定处理器的o c c ( 本地编译器) 和 c g c c ( 交叉编译器) ，尽篱补丁和b u g s 多，测试工作存在一些问题，但 接不失为巍烹努发嵌入式款 孛嚣发蓼凌豹耋要资源。溺嚣，一鉴公司己窿 a n u 软件的基础上，经过集成、优化和测试，推出更加成熟、稳定的商 业化版本的嵌入式软件开发环境。国内一些基于g n u 的嵌入式操作系统 】3 太原理工大举硬士研究生学彼论文 已经可以支持x 8 6 、d s p 、p o 嘴r p c 、m i p s 、触m 等系列的嵌入式处理 器芯靖，系统毪能拯标接近或臻予霆努嚣类瓣s ，已经麓予若于国麓关 键项目，但是缺乏嗣内自主开发的配套工具。借用第三方开发工具受到诸 多限制，对应用程膨的开发和操l 乍系统内核本囊的调试带来了一些困难。 随蔫l i n u x 开始翔予嵌入式系统中，稻应蒸于国哪软 孛的配套开缎 工具包括交叉g c c 编译器、交义g d b 调试器、目标监控器铸开发工具【1 6 】 也得到深入地研究和发展，实现了基本的交叉编译、交叉调试等功能，支 持c 、c + + 、s u 酝麓语言静开发，具有广泛静丽产群。戳g d b 为嵌入式 系统i d e 的界面，构建对嵌入式系统目标板的远程监控，形戚灵活有效的 嵌入式系统在线仿粪l c e ，是一秘实现嵌入式蓉辘磁的快速蠢效途径。 b 是g n u 躺兔费键试器，运行于 聪，i j i h 环境，它可潋调试 各种程序，包括饼所支持的所有微处理器的汇编语言以及c 、c + + 、 j a 、纨、p a s c a l 、f o r t r a n 和一些其健赢级派言，也包括务秘厂家生产 的各癸型号的a r m 处理器。它酾所提供的至凝功能有：簸税程序中变爨 的值；设置断点以使程序在指定的代码行上停此执行；逐行的执行程序( 单 步执纷) 。发瑰影嗡程序正确技豁的任鳄因素；在特定的谤援下终止摇廖 的执行；当程序停止时，查看发嫩了什么；邋过修改程穿娶的一些内容， 逐个改正影响程序藏确执行的错谶。g d b 调试器( 不管是远糨调试还是本 地调试) 允诲鼹户粪器一个正在逡行的程序内部发生静一惦，也可以查誊 一个程_ | 掌崩溃时正农发生的状况。特别的是可强餍它来进行带有g c c 编 译工具的嵌入式系统的远端调试，通过一系列的通讯端口或t c m p 连接 运行远距离潺试。焱大多数馕提下，调试器连接戮基标系统上，在线采审 止一个进程、插入断点并使进程爨新执行。调试嚣可以直接访问目标处理 器的上下文( 寄存器、数据段、代码段等) 并鼠可以改变它们的内容。 鏊予g d b 的嵌入式l d e 支掩蹇级语言趱膨戆交叉编译、下载并装入 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 第三章淡太网链路簇协议 3 1 以太潮模块余绍 t m s 3 2 0 v c 5 4 7 1 的以太网接口模块e i m 融经在前面介绍过，本节生 要分耩与之密切相关的一些寄存糕秘存储器单元1 9 】。 3 1 ，l 寄存器 嚣l m 豹毒存嚣分为e s m 终爨寒存器和e n 嚣t o 癸匿寄存器。其孛，e s m 外围寄存器有1 9 个，基地址是f f f f ：o o o o 壬 ，偏移地址范阑是o o h 5 4 h ， 3 2 位大端对齐。e n e t 0 外围寄存器有1 6 个，熬地址是f f f f ；0 0 0 0 h ，偏 醪选皱藏闺是1 0 9 鞭1 3 e 珏，3 2 位大端对弃。对状态极数控剃主要是遽过 设置状态机寄存嚣米实现的，主鼗功能有： 口c p u 端口以及e n e t 0 端口接收发送使能，状态机使能： o 设置c p u 蠛霜魏基建缝： 心设置以太鄹m a c 地址： 口设置多播地址； o 设羹c p 醇裁脒e t 0 蝼爨中戆使戆； o 设置c p u 和e n e t o 端口描述字地址； 设鼹e n e t o 外网寄存器对e n e t 0 的控制，主要功能脊： 叠f l f o 访目憝测霞能； 口设置以太网接口模式； 口设置以太网流控制方式； o 设萋发送，接羧獾述字基薅缝； 1 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 表3 1 续 i a b l e 3 1c o n t i n u e d e 1 m - f i 啪r 多播过滤控制寄存器 1 4 h e i mc p u d a1 1 8 h 网口的m a c 地址 e i mc p u d ao l c h e i mm f v1 多播地址 2 0 h e i mm f vo2 4 h e i mm f ml 多播地址掩码 2 8 h e i mm f mo2 c h e i mr x t h r x 发送阈值 3 0 h e i mr xc p u j y o ：c p u r x j o y 置l 通知e s m 在c p u j 队列描述字已准备好 3 4 h e i mi n te n中断使能控制，控制下列事件发生时是否发出中 断信号。o ：不使能1 ：使能 9 b ：c p ut xl i f 8 b ：c p ur xu f 7 b ：c p ut x 6 b ：c p ur x 2 b ：e n e t oe r r 1 b ：e n e h ot x 0 b ：e n e t or x3 8 h r e s e r v e d e i m _ e n e t 0 _ t x j ) e s c 1 5 3 b ：指向d 厄t 0 _ t ) ( 中下一个空闲描述字地址 4 0 h e i m e n e t 0 r x d e s c 1 5 3 b ：指向d 忸t 0 r x 中下个空闲描述字地址 4 4 h r e s e r v e d r e s e r v e d e i 邺p u t x d e s c 1 5 - 3 b ：指向c p u j x 中下一个空闲描述字地址 5 0 h e i t 订一c p ur xd e s c 1 5 3 b ：指向c p u j 中下一个空闲描述字地址5 4 h 2 ) e n e t o 寄存器 基地址( h e x ) ：f f f f ：0 0 0 0 寄存器宽度：3 2 大端对齐，见表3 2 。 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 1 2 描述字结构 数据在e n e t 和a r m 端主机之间交换数据是通过一个称为描述环的 结构来实现的，描述环就在包内存中，双方可共享这一存储区。描述环由 一些描述字组成，每个描述字最多可以表示6 4 字节的数据，通过对描述 字的串联就可以处理更长的数据。e n e t 0 端口和c p u 端口分别有两个描 述环，即e n e t 0 _ r x 、e n e t 0 一t x 、c p u r x 和c p u t x 。 每个描述字由4 个1 6 位字组成，由地址从高到低依次称为，字0 ，字 1 ，字2 ，字3 。描述字又分e n e t 发送描述字，】e t 接收描述字和c p u 发送描述字c p u 接收描述字，其结构描述见表3 3 和表3 - 4 。 表3 - 3e n e t 发送描述字结构( 字0 ) t a b l e 3 - 3e n e t 0t xd e s c r i p t o rw o r d # o 读写 位名字功能 方式 1 5o w n删 归属位当前拥有对本描述字的读写权限一方 0 ：e n e t 1 ；a r m 主机 1 4w r a pw 回绕位，下一个描述字是否从描述环头部开始 0 ：下一个描述字为本描述字的下一顺序字 1 ：下一个描述字为描述环的首描述字 1 3f 1 fw 帧首描述字标识 0 ：本描述字不是数据帧的首描述字 l ：本描述字是数据帧的酋描述字 1 2l i fw 帧尾描述字标识 0 ：本描述字不是数据帧的尾描述字 1 ：本描述字是数据帧的尾描述字 1 1 8r e t i wr 重试计数，指出本描述字在读写过程中发生的 错误次数 7i n t r ew 在发送本描述字后是否产生t x _ m q 中断 0 ：不产生中断 1 ：产程中断 6 0s t a t u sr帧状态位 太原理工大学硕士研究生学位论文 由一些描述字组成，每个描述字最多可以表示6 4 字节的数据，通过对撼 述字静枣联藏可强怒瑾更长静数掇。e n e 稻端韶和c p u 臻日分捌有两个 描述环，即e n e t 峭、e n e t o j x 、c p u r x 和c p u _ t x 。 3 2 链路层初始化 3 2 ，le i m 的复健状态 程e i m 复位状态下，以太网接口处于离线状态，不会发送和接收任何 数据，鼹e s m 寄存器和e n e t 寄存器的值都被设置为初始状态。只有强 这些爨存器被逶当设嚣螽滋太瓣羧日才会工俸。 3 2 2e i m 的初始化 螫穗疆太丽接翻牙始工终，褥要对e