TM1300 DSP系統以太網(wǎng)接口的設計
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摘要：基于IP網(wǎng)絡(luò )的多媒體應用越來(lái)越廣泛，本文首先解決多媒體DSP芯片TM1300與以太網(wǎng)控制器CS8900A的硬件接口的設計，分析嵌入式操作系統pSOS+內核中實(shí)現TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò )模塊pNA+，最后實(shí)現在pSOS+操作系統環(huán)境下CS8900A的網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序的設計。 關(guān)鍵詞：TM1300 CS8900A pSOS+ pNA+ 驅動(dòng)程序 1 概述 隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，基于IP網(wǎng)絡(luò )的多媒體應用越來(lái)越廣泛。TM1300是Philips公司推出的一款高性能多媒體數字信號處理器芯片，適合于實(shí)時(shí)性強的音視頻處理應用，可廣泛應用于會(huì )議電視、可視電話(huà)、遠程圖像監控等應用場(chǎng)合。具有廣闊的應用前景。 根據具體的基于IP網(wǎng)絡(luò )上的多媒體應用系統的需要，采集的音視頻數據經(jīng)壓縮處理后，一般要傳送到遠程終端或控制中心，這時(shí)就需要解決DSP應用系統與IP網(wǎng)絡(luò )接口的問(wèn)題。 考慮到國內局域網(wǎng)大部分是以太網(wǎng)，隨著(zhù)交換式網(wǎng)絡(luò )、寬帶網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，使得基于以太網(wǎng)接入IP網(wǎng)絡(luò )上的應用有著(zhù)現實(shí)意義。 TM1300可以作為PC機的一個(gè)外設工作，此時(shí)可直接采用PC機上標準的以太網(wǎng)接口傳輸數據；TM1300支持獨立引導，自成一個(gè)系統從而脫理PC環(huán)境工作，這為實(shí)際低價(jià)位高性能音頻處理終端提供了可能。這種情況下，網(wǎng)絡(luò )接口的設計就相對復雜一點(diǎn)，需要解決硬件接口電路的設計、基于實(shí)時(shí)操作系統pSOS+驅動(dòng)程序的設計等。本文介紹以太網(wǎng)控制器CS8900A，并解決TM1300 DSP系統和CS8900A的硬件接口設計；簡(jiǎn)單介紹pSOS+操作系統內核中實(shí)現TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò )模塊pNA+，以及pSOS+操作系統下網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序的設計。 DSP芯片TM1300的核心是32位VLIW結構CPU，時(shí)鐘頻率可達166MHz，片內集成了SDRAM接口、PCI/XIO總線(xiàn)接口、圖像協(xié)處理器、可變長(cháng)解碼器、音頻輸入輸出接口、視頻輸入輸出接口、同步串行通信接口等模塊，各模塊與SDRAM之間采用DMA方式傳送數據。CPU各功能模塊之間的協(xié)調、資源的分析、進(jìn)程的調度，由運行在CPU上的一個(gè)由中斷源觸發(fā)的實(shí)時(shí)操作系統pSOS+控制。 網(wǎng)絡(luò )控制器CS8900A是通過(guò)XIO總線(xiàn)與TM1300實(shí)現接口的。限于篇幅，這里重點(diǎn)介紹TM1300中用于外設端口擴展XIO總線(xiàn)。 TM1300片內的PCI/XIO復用總線(xiàn)接口給用戶(hù)提供了無(wú)縫連接PCI設備及擴展8位外設端口的能力。當PCI/XIO總線(xiàn)接口中的XIO總線(xiàn)邏輯被激活時(shí)，作為T(mén)M1300系統擴展8位外設的總線(xiàn)，其中PCI-AD[23:0]為地址總線(xiàn)A23～A0，共提供了尋址16M個(gè)單元的能力；PCI-AD[31:24]為8位數據總線(xiàn)D7～D0；C/BE0#為讀信號RD；C/BE1#為寫(xiě)信號WR；C/BE2#為數據選通信號DS。 3 CS8900A簡(jiǎn)介 CS8900A是Cirrus公司生產(chǎn)的一種高集成度的全面支持IEEE802.3標準的以太網(wǎng)控制器，其組成結構框圖如圖1所示。CS8900A支持8位、16位的微處理器，可以工作在I/O方式或Memory方式。片內集成了ISA總線(xiàn)接口，可以直接和有ISA總線(xiàn)的微處理器系統無(wú)縫連接。片內集成了4KB容量的PacketPage結構的RAM，這4KB存儲器映像結構的RAM包括片內各種控制、狀態(tài)、命令寄存器，以及片內發(fā)送、接收緩存。用戶(hù)可以以I/O方式、Memory方式或DMA方式訪(fǎng)問(wèn)它們。 之所以選擇CS8900A，是因為Cirrus提供了CS8900A的基于各種操作系統的驅動(dòng)程序源代碼，這就為開(kāi)發(fā)帶來(lái)了方便?；趐SOS的驅動(dòng)程序是假設目標系統中包含了Intel 80X86的CPU和1個(gè)16位的ISA總線(xiàn)接口的，而TM1300中用于擴展外設的XIO總線(xiàn)是8位總線(xiàn)，可見(jiàn)硬件設計的主要任務(wù)是實(shí)現8位XIO總線(xiàn)與16位ISA總線(xiàn)時(shí)序的配合。驅動(dòng)程序的設計主要是解決基于80X86芯片的源代碼移植到TM1300上運行的問(wèn)題。 4 TM1300與CS8900A硬件接口電路設計 TM1300的XIO總線(xiàn)用于提供用戶(hù)擴展外設，有8根數據線(xiàn)D7～D0，24根地址線(xiàn)A23～A0，還有I/O讀寫(xiě)信號RD、WR。所以，利用TM1300的8位XIO總線(xiàn)模擬1個(gè)16位的ISA接口和CS8900A的ISA總線(xiàn)接口連接，即可解決硬件接口的問(wèn)題。圖2給出了接口設計的原理框圖。 ①A20用于控制讀寫(xiě)。當A20=0時(shí)，CS8900A的高8位數據從緩沖器輸入；當A20=1時(shí)，高8位數據經(jīng)鎖存器輸出到CS8900A的D15～D8。 ②A(yíng)0用于控制8位或16位操作。當A0=0時(shí)，對應16位數據讀寫(xiě)；A0=1時(shí)，對應高8位數據讀寫(xiě)。 對CS8900A的16位數據讀和寫(xiě)操作有所不同。當TM1300從CS8900A讀16位數據時(shí)，讀16位數據（A0=0、A20=0），CS8900A的低8位數據直接通過(guò)8路模擬開(kāi)關(guān)B輸入到TM1300的XIO總線(xiàn)的8位數據線(xiàn)D7～D0；同時(shí)，高8位數據保存在緩沖器中，緊接著(zhù)TM1300再讀入緩沖器中的高8位數據（A0=1、A20=0）。同樣，輸出16位數據到CS8900A時(shí)，首先將要輸出的高8位數據鎖存到鎖存器中（A0=1、A20=1），然后緊接著(zhù)直接輸出低8位數據到CS8900A的D7～D0（A0=0、A20=1），此時(shí)，鎖存在鎖存器中的高8位數據輸出允許，也輸出到CS8900A的D15～D8。 A12～A0直接連接TM1300的XIO總線(xiàn)的A12～A0。因此對于TM1300而言沒(méi)有I/O和存儲器的區別，所以WR經(jīng)與片選取或后直接與CS8900A的IOW、MEMW連接。RD也是直接與CSCS8900A的IOR、MEMR連接。 5 CS8900A網(wǎng)絡(luò )接口驅動(dòng)程序設計 pSOS+是WindRiver公司專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統設計和開(kāi)發(fā)提供的一個(gè)模塊化、高性能的實(shí)時(shí)操作系統。它采用模塊化結構，包含的一系列軟件功能模塊有：實(shí)時(shí)多任務(wù)內核pSOS+、多處理器多任務(wù)內核pSOS+m、TCP/IP協(xié)議棧pNA+、遠程調用函數庫pRPC+和文件系統pHILE+等。 基于pSOS+實(shí)時(shí)操作系統的網(wǎng)絡(luò )接口框圖如圖3所示。 下面根據網(wǎng)絡(luò )結構的分層依次進(jìn)行分析。 （1）物理層 以太網(wǎng)接口的物理實(shí)現前面已經(jīng)分析過(guò)。 （2）NI（網(wǎng)絡(luò )接口）層 pNA+通過(guò)一個(gè)用戶(hù)提供的稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò )接口（NI）的軟件訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )。一方面它直接驅動(dòng)網(wǎng)絡(luò )接口芯片，控制太網(wǎng)數據幀的收發(fā)；另一方面它向pNA+提供符合pNA+要求的函數接口。在pNA+和NI之間的函數接口是標準的，和網(wǎng)絡(luò )的物理媒介以及網(wǎng)絡(luò )拓撲無(wú)關(guān)。這些函數可以使得pNA+不需要知道網(wǎng)絡(luò )接口底層的細節，可以理解它是pSOS+中的硬件抽象層（HAL）。這些函數如表1所列。
這些函數的實(shí)現是網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序設計的主要任務(wù)，它們的代碼在cs8900a.c中。這些函數一方面驅動(dòng)網(wǎng)卡收發(fā)，另一方面為pNA+提供了一套屏蔽硬件底層細節的函數實(shí)現。另外，NI還包括一個(gè)用于處理數據包中斷的中斷例程。 每一個(gè)NI都應該分配一個(gè)唯一的IP地址，可以在pSOS+配置文件sys_conf.h中設定IP地址、網(wǎng)關(guān)、掩碼等網(wǎng)絡(luò )接口參數。如： #define SD_LAN1 YES #define SD_LAN1_IP 0xca726878 /*202.114.104.120設定IP地址*/ #define SD_LAN1_SUBNET_MASK 0xffffff00 /*設定掩碼*/ #define SD_DEF_GTWY_IP 0xca726821 /*202.114.104.33設定網(wǎng)關(guān)*/ 另外，還要給這個(gè)CS8900A網(wǎng)卡設定一個(gè)MAC物理地址。這個(gè)地址可以在配置文件mybsp.h中設定為不與網(wǎng)上其它網(wǎng)卡沖突的任意值，如： #define BSP_CS8900_IND_ADDR "00:24:20:10：FF：41" （3）網(wǎng)絡(luò )層及傳輸層 pSOS+的pNA+模塊集成了網(wǎng)絡(luò )層和傳輸層。PNA+在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )體系結構中處在第3層，包含IP協(xié)議、ARP協(xié)議的實(shí)理，ICMP協(xié)議、IGMP協(xié)議的實(shí)現；提供了對用戶(hù)數據報UDP和流式TCP兩種傳輸協(xié)議的支持，還提供了符合BSD標準的Socket接口，為應用的實(shí)現提供了方便的編程環(huán)境。 （4）應用層 在應用層實(shí)現用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )應用。 網(wǎng)絡(luò )接口的調試是在PC機上PING這個(gè)CS8900A的網(wǎng)絡(luò )接口。如果PING通，表明整個(gè)NI層和pNA+已經(jīng)正常工作了。這個(gè)過(guò)程中，可以采用tmdbg.exe調試環(huán)境支持的DP（）來(lái)測試一些結果，克服了TM1300系統沒(méi)有顯示支持的不足。 本系統在實(shí)驗室局域網(wǎng)環(huán)境下，采用雙絞線(xiàn)連接，實(shí)現了TM1300與CS8900A的以太網(wǎng)接口的設計，實(shí)驗結果可以成功PING通?；赟ocket的簡(jiǎn)單的C/S結構的網(wǎng)絡(luò )測試程序也正常工作，在網(wǎng)絡(luò )低負荷時(shí)，可以用于音視頻多媒體數據網(wǎng)上傳輸，具有一定的使用價(jià)值。 | ||||||||||||||||||||||||
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