基于DSP/ARM的網(wǎng)絡(luò )硬盤(pán)錄像機的設計方案

　　在本設計中，硬盤(pán)控制器芯片使用Silicon Image公司的SiI3512雙口SATA 控制器來(lái)實(shí)現SATA 功能。

　　SiI3512 直接掛載在S3C2510 的PCI 總線(xiàn)上為系統提供SATA 接口。連接方式如圖2 所示：

圖2 SiI3512 與S3C2510 的連接方式。

　　2.4 電源模塊

　　2.4.1 供電電路

　　整個(gè)電路板采用+5 V 電壓供電，可以從外部引入，也可以從擴展的PCI 接口引入。DM642 芯片需要2 個(gè)獨立的電壓，CPU 內核電壓GVDD（+1.4 V）和外圍I/O 電壓DVDD（+3.3 V）。這兩個(gè)電壓在供電時(shí)需要嚴格按照順序進(jìn)行，即GVDD 要比DVDD 上電早，至少不能晚于DVDD.設計中采用2 片TI 公司專(zhuān)為高性能DSP、FPGA、ASIC 和微處理器的應用而設計的電源芯片TPS54310,分別給DM642 提供CVDD 和DVDD 電壓。在電路連接上將TPS54310（1）的PWRGD引腳和TPS54310（2）的SS/EN引腳相連。

　　當（1）的輸出電壓高于1.2 V 時(shí)，芯片（2）開(kāi)始工作；當這個(gè)值達到穩定的+1.4 V 后，PWRGD 引腳輸出高電平送到芯片（2）的SS/EN 引腳。這就保證了CPU 內核的上電時(shí)間早于I/O 的上電時(shí)間，如圖3 所示：

圖3 電源電路。

　　2.4.2 電源監測電路

　　為了保證DM642 芯片在電源未達到要求的電平時(shí)，不會(huì )產(chǎn)生不受控制的狀態(tài)，而且允許系統中的各個(gè)芯片在任意時(shí)刻可以通過(guò)復位來(lái)調整工作狀態(tài)，這就需要在系統中加入一個(gè)電源監測電路，.該電路能確保在系統的加電過(guò)程中，CVDD 和DVDD 達到要求的電平之前，DSP 始終處于復位狀態(tài)。選用了TI 公司生產(chǎn)的TPS3823-33 芯片，其固定復位信號時(shí)間長(cháng)達200 ms,能滿(mǎn)足系統中所有芯片的復位需求。芯片帶有一個(gè)看門(mén)狗電路，通過(guò)WDI 引腳接收來(lái)自CPU 的定時(shí)信號，避免發(fā)生系統程序跑飛的情況。

　　3 系統的軟件設計

　　3.1 系統的軟件設計

　　該系統的軟件主要包括三個(gè)部分：?jiǎn)?dòng)程序，內核與根文件系統，專(zhuān)業(yè)芯片驅動(dòng)及應用。為了開(kāi)發(fā)和升級的方便，我們將根文件系統作成RAMDISK 的格式。據此我們將FlashROM 分為3 個(gè)區：1 Cramfs,2 Boot-Loader,3 Kernel+RAMDISK.本系統的啟動(dòng)程序用的是DENX 的U-boot-1.1.0.它的主要工作是初始化硬件，為加載操作系統準備必要的環(huán)境及其參數，同時(shí)可以與開(kāi)發(fā)主機通訊，下載程序到SDRAM 和Flash.通過(guò)修改它的一些配置文件，可以完成對目標系統Memory Controller,memory map以及I/O,PCI,Flash,Ethernet controller,Serial等硬件設施的初始化。

　　對于芯片驅動(dòng)程序的編寫(xiě)，一些通用設備驅動(dòng)，如以太網(wǎng)卡驅動(dòng)已經(jīng)在內核中，對于系統的一些專(zhuān)業(yè)芯片的驅動(dòng)由于其特殊性，將其和應用做成Cramfs文件系統格式，在目標板的的操作系統啟動(dòng)時(shí)以module 的形式進(jìn)行加載，方便修改和升級。編寫(xiě)驅動(dòng)程序可以按照Linux 下編寫(xiě)驅動(dòng)程序的規則來(lái)編寫(xiě)。編寫(xiě)的驅動(dòng)程序應該具有以下功能：a）對設備的初始化和釋放：b）數據從內核傳到硬件和從硬件讀取數據：c）讀取應用程序傳遞給設備文件的數據和回應應用程序請求的數據：d）檢測和處理設備出現的錯誤。

　　設備驅動(dòng)程序的實(shí)質(zhì)就是中斷處理。Linux 中斷處理程序分為上半部和下半部。上半部即一般的中斷服務(wù)程序， 由硬件中斷觸發(fā)，一般運行在關(guān)中斷的方式下，應當盡可能的短小，處理盡可能的快：下半部運行在開(kāi)中斷和任務(wù)串行化的環(huán)境下，處理需要較長(cháng)時(shí)間的任務(wù)。驅動(dòng)程序上半部在處理完實(shí)時(shí)性很強的任務(wù)后，用Queue-task 函數將下半部處理函數掛入立即隊列，用mark-bh 函數來(lái)激活立即隊列，下半部就可以最優(yōu)先的被執行。

　　3.2 應用程序的設計

　　應用程序的設計可以采用多線(xiàn)程或者多進(jìn)程的方式。多線(xiàn)程的優(yōu)點(diǎn)在于線(xiàn)程比進(jìn)程要小，可以使應用更輕量，線(xiàn)程間通訊方便，缺點(diǎn)就在于由于線(xiàn)程使用同一個(gè)地址空間，如果一個(gè)線(xiàn)程出了問(wèn)題，將可能影響到整個(gè)系統；多進(jìn)程各自占有一份內存空間，因此可以增強系統的健壯性，但是多進(jìn)程增加了系統的開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)進(jìn)程間通訊較復雜。結合我們系統的實(shí)際，考慮到各個(gè)線(xiàn)程通訊的重要性，我們采取多進(jìn)程多線(xiàn)程的方式，在軟件上增加一個(gè)與主進(jìn)程并行的守護進(jìn)程，在硬件上設置看門(mén)狗，以增強系統的健壯性。

　　4 遠程控制與通信鏈路的建立

　　本設計采用PPP 串行通信接口協(xié)議方式。PPP（PointtoPointProtocal,點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議）協(xié)議中包含3 個(gè)部分：

　　在串行鏈路上封裝IP 數據報的方法；建立、配置及測試數據鏈路的鏈路控制協(xié)議（LCP）；不同網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )控制協(xié)議（NCP）。PPP 具有很多優(yōu)勢；支持循環(huán)冗余檢測、支持通信雙方進(jìn)行IP 地址動(dòng)態(tài)協(xié)商、對TCP 和IP 報文進(jìn)行壓縮、認證協(xié)議支持（CHAP 和PAP）等。

　　PPP 的實(shí)現可以通過(guò)2 個(gè)后臺任務(wù)來(lái)完成，協(xié)議控制任務(wù)和寫(xiě)任務(wù)。協(xié)議控制任務(wù)控制各種PPP的控制協(xié)議，包括LCP、NCP、CHAP 和PAP.它用來(lái)處理連接的建立、連接方式的協(xié)商、連接用戶(hù)的認證以及連接中止。寫(xiě)任務(wù)用來(lái)控制PPP 設備的數據發(fā)送。數據報的發(fā)送過(guò)程，就是通過(guò)寫(xiě)任務(wù)往串行接口設備寫(xiě)數據的過(guò)程，當有數據報準備就緒，PPP 驅動(dòng)通過(guò)信號燈激活寫(xiě)任務(wù)，使之完成對串行接口設備的數據發(fā)送過(guò)程。PPP 接收端程序通過(guò)在串行通信設備驅動(dòng)中加入hook程序來(lái)實(shí)現。在串行通信設備接收到1 個(gè)數據之后，串行設備的中斷服務(wù)程序（ISR）調用PPP 的ISR.當1 個(gè)正確的PPP數據幀接收之后，PPP 的ISR 通過(guò)調度程序調用PPP輸入程序，然后PPP 輸入程序從串行設備的數據緩存中將整個(gè)PPP 數據幀讀出，根據PPP 的數據幀規則進(jìn)行處理，也就是分別放入IP 輸入隊列或者協(xié)議控制任務(wù)的輸入隊列。

　　5 總結

　　我們采用ARM 和DSP 芯片的雙核結構組建了一種網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器。以DM642 和S3C2510 分別作為視頻板和主機板的核心芯片，H.264 作為視頻壓縮方案，操作系統選用了uclinux.本系統充分利用了ARM 和DSP 的各自特點(diǎn)，充分發(fā)揮ARM 的事件處理控制能力和DSP 對數字視頻大吞吐量要求，同時(shí)通過(guò)優(yōu)選主要芯片，努力提高整機性?xún)r(jià)比。本系統可同時(shí)輸入16 路視頻信號，在保障視頻質(zhì)量的前提下，適于當前不同帶寬的網(wǎng)絡(luò )要求。