TM1300DSP系统的以太网通信接口的设计与实现(精).doc

TM1300 DSP系统的以太网通信接口的设计与实现摘要：介绍了TM1300 DSP 的特点，给出了通过TM1300的PCI接口驱动以太网芯片来实现以太网通信接口的设计方法。该设计将TM1300和以太网结合起来，因而可以方便地实现视频通信，文章详细介绍了该方案的软件和硬件的设计要点，最后给出了对模拟数据和实际视频压缩码流的传送实验结果。 关键词：PCI总线 TM1300 以太网通信接口 pSOS+内核 pNA+1 概述是公司推出的新一代高性能多媒体数字信号处理器芯片。基于的应用系统适合于实时声音、图像处理，可广泛应用于会议电视、可视电话、数字电视等应用场合。它不仅具有强大的处理能力,同时还具有非常友好的音频和视频以及和等接口，因此可以根据应用的需要灵活地构造各种视频通信系统。鉴于目前计算机网络的普及和网上视频业务的发展，很有必要为视频编码系统开发一个以太网接口以拓宽其应用范围。开发以太网接口的一种合理思路是利用集成的接口来驱动专用的以太网接口芯片。由于目前多数以太网接口芯片（如-，等）都采用接口，因此，可以用总线将数据从传输到这些专用的以太网接口芯片后，再由它们发送数据，而且可以在嵌入式操作系统中运行，同时由于系统带有协议栈?因此可以方便地完成编码码流的封装。根据以上思路?笔者在进行了前期测试的基础上进行了电路板的设计?并顺利完成了调试。目前?这个以太网接口已经基本开发成功。本文将对这个设计的技术要点从硬件和软件两个方面进行详细介绍。 及总线接口该系统的硬件结构框图如图所示。本系统硬件设计的重点是总线接口。总线根据数据位的宽度有位和位之分,位的数据线与位是兼容的。机中常见的是位总线,它的有用引脚总数是个,可以分成组。第一组是基本功能信号线,包括位共享数据地址线、接口控制线、仲裁线、时钟线、系统复位线、中断线;第二组是附加功能信号线,包括错误报告线、功能支持线、边界扫描线;第三组是电源线,包括设备耗电量标识线、电源线(根)、电源线(根)、地线(根)。因为不具备的附加功能信号线所支持的功能和边界扫描功能,同时虽然它具有奇偶校验错误报告功能引脚,但该脚可以悬空不用。所以,设计时只需考虑第一组功能信号线的连接即可。接口的设计有以下几个要点：()总线的仲裁这里先说明两个概念。首先，总线是多设备共享的，由于机里可以有多个设备，所以需要使用仲裁器;其次，设备有主设备和从设备之分，主设备可以发起数据的传送?从设备只能被动地响应主设备的操作以对读操作和写操作做出响应。的仲裁引脚是和，分别为请求线和授权线，而且只有主设备有这两个引脚。一般情况下，通常和成对地连到仲裁器，而设备与设备的和通常是互不相连的。总线的仲裁过程是这样的：主设备把电平拉低以表示向仲裁器请求占用总线。经仲裁获准后，仲裁器把这个设备的电平拉低以表示请求获准，此后该设备便可以使用总线了。当它不再使用总线时，应使信号变为高电平?仲裁器就不再给它分配总线资源。在本系统中，是主设备，而是从设备。由于它们不存在共享总线的问题，所以不需要仲裁器，而只是简单地把和短接即可，这就相当于自己给自己授权。 （）_信号线在设备的配置读写中的作用有一种特殊的读写周期，称为配置读写。这是因为在系统引导时，如果没有给设备配置或内存地址，软件就只能通过配置来读写访问设备。配置读写有两种，分别称为型和型?具体采用哪一种取决于总线的硬件连接。配置读写操作不经过桥时，使用型，当需要经过桥时，则要用型，型读写的地址直接就是总线上的地址，型读写的地址则要经过桥的译码才能成为最终的总线地址。本设计中，和是用总线直连的，所以使用型配置读写。是总线的共享地址和数据线，每一次传送都分为地址周期和数据周期。在地址周期，采用型读写时，的内容如下，和总为“”，因为配置读写是以双字为单位的，是要读写的配置空间的寄存器号?是设备的功能号?在一块卡上有多个功能设备时，为了进一步区分不同的设备就要用到这几位，由于是单功能设备，故这几位全为，是设备选择位，其中必须有且仅有一位为“”，如图所示，这在物理上表现为总线的中有一根为高电平?如果输出高电平的这根线与某块卡的 引脚相连，这块卡就会被激活，这样，在紧接着的数据周期中，它就会将其配置空间相应寄存器中的内容放到总线上以供读取。（） _、_、_、_引脚的处理上述四个引脚均是低电平有效，因此需要接上拉电阻，以保证在设备未驱动该引脚时处于稳定的无效状态，上拉电阻的阻值在范围内，阻值越小，则将该信号驱动为有效的时间越短，但太小又会导致电流过大，所以，要权衡考虑，本设计选用。上述三点对脱机情况下设备的互连具有较普遍的参考意义，除此之外，本设计还有以下比较特殊的几点：应将的，引脚配置为输入，以便接收的中断；时钟由提供；的复位信号也就是的复位信号，该信号由外部电路提供；的 、 引脚悬空，表示不具备相应的附加功能。另外，的 、 、 引脚可以用作用户中断。软件设计该接口设计的软件结构框图如图所示。其中运行于，它是一个简单的实时多任务嵌入式操作系统，带有网络组件，其相当于协议栈的扩展，它向上可提供应用程序编程的接口，向下可定义一个与网络接口层交互的接口，其中包括个函数，分别是：_（接口芯片初始化）、_（发送广播分组）、_（发送普通分组）、_（申请发送缓冲区）、_（归还接收缓冲区）、_（控制操作）、_（统计量查询）、（网络接口驱动调用它把接收到的数据包提交给）。其中网络接口层在本应用中就是的驱动程序，它通过硬件抽象层来驱动（硬件抽象层是总线的配置读写和读写指令集的总称）。软件执行的流程大致是：系统首先启动，并由它加载网络接口驱动程序，然后调用驱动程序的_函数，同时初始化的配置空间并设置的工作参数，之后启动用户任务。在这里，用户任务为编码进程。它对口读入的源图像进行压缩编码后，将调用的接口函数（是套接口专用的发送函数），然后把码流发送给由根据协议进行封装后，再调用_函数，并由_完成数据包从系统主内存到片上的拷贝，然后启动发送数据。在接收情况下，收到一个完整的数据包后会用中断通知，然后由执行中断服务程序。当中断服务程序将数据包从片上中拷贝到系统的主内存后，系统将调用函数并把数据块的指针、数据长度和其它信息提交，最后由将数据包沿协议栈一层层上传并作出相应的处理。软件的设计和操作系统的关系比较密切，限于篇幅，本文不对作详细介绍，。本文接下来重点介绍配置空间的配置过程，这部分对于类似的设计有较普遍的参考意义。配置空间有个字节，片内的这些寄存器存储了该芯片的厂商号、设备号、设备类型等重要代码，还包括命令寄存器、基地址寄存器等控制其总线行为的寄存器，它们必须在设备初始化时正确配置，否则设备不能工作。对 空间的配置需要三个步骤：首先是扫描总线，这一步的目的是找到-的配置地址，直观地讲，就是找到它的_引脚和哪根线相连，因为后续的配置写要根据这个地址来寻址。扫描总线时，要对到每根线进行一次扫描，如果哪根线连接了一个设备的 引脚，那么用配置读函数读取配置空间的号寄存器时，应该返回该设备的设备和厂商代码，如果这根线实际未连接设备，则返回值是。已知的设备和厂商代码是“”，如果返回值与之相同，说明找到了，这时要记下这根线的序号。例如，在硬件上把的 和相连，则扫描到的序号就应该是“”。其次，用配置写函数配置读写使能，即在寄存器中写入“”。最后，用配置写函数配置地址，也就是在寄存器写入分配给该设备的地址（例如“”）。具体程序流程图如图所示。4 调试结果根据以上设计，笔者在原视频编码硬件系统的基础上加入了接口，并编写了下的驱动程序。然后，在这个硬件平台上对的驱动部分进行了数据传送测试。笔者首先用一个单独的发送任务进行发送速率测试。这个任务主要是高速地向网络上的一台发送数据包，数据包的大小是变长的。接收并对丢包数进行统计的结果如表所列。实验表明，在用网线直连的各种测试速率情况下都没有出错，而当接入局域网后，在发送速率为时有突发的少量错误。由于是不可靠的传输方式,所以这种错误是正常的。测试中，发送的最高速率可以达到左右，它与硬件的最高速率（）相比还有一定差距，主要原因是数据从系统主内存到片上的拷贝过程目前尚未采用方式，这是需要改进的地方。表1 丢包数统计表（单位：丢包个数/分钟）连接方式发 送 速 率800kbps1.8Mbps4.5Mbps网络直连000接入局域网002.5接下来笔者进行了编码和传送的联合测试。编码任务执行数据压缩后，把码流从以太网接口发出，然后在网络上的另一台上接收这个码流，并进行解码播放。通过调整编码器的量化步长可以控制编码的输出码率。在实验环境下发现?在量化步长大于等于、码率在以下时，基本没有丢包现象，解码得到的图像比较稳定，而当量化步长进一步减小，码率接近时，就会出现丢包现象，解码的图