TM1300 DSP系統(tǒng)以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)
摘要：基于IP網(wǎng)絡(luò)的多媒體應(yīng)用越來越廣泛，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(shè)計(jì)，分析嵌入式操作系統(tǒng)pSOS+內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)模塊pNA+，最后實(shí)現(xiàn)在pSOS+操作系統(tǒng)環(huán)境下CS8900A的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：TM1300 CS8900A pSOS+ pNA+ 驅(qū)動(dòng)程序
1 概述
隨著網(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(yīng)用越來越廣泛。TM1300是Philips公司推出的一款高性能多媒體數(shù)字信號處理器芯片，適合于實(shí)時(shí)性強(qiáng)的音視頻處理應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于會(huì)議電視、可視電話、遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控等應(yīng)用場合。具有廣闊的應(yīng)用前景。
根據(jù)具體的基于IP網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用系統(tǒng)的需要，采集的音視頻數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮處理后，一般要傳送到遠(yuǎn)程終端或控制中心，這時(shí)就需要解決DSP應(yīng)用系統(tǒng)與IP網(wǎng)絡(luò)接口的問題。
考慮到國內(nèi)局域網(wǎng)大部分是以太網(wǎng)，隨著交換式網(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(yīng)用有著現(xiàn)實(shí)意義。
TM1300可以作為PC機(jī)的一個(gè)外設(shè)工作，此時(shí)可直接采用PC機(jī)上標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口傳輸數(shù)據(jù)；TM1300支持獨(dú)立引導(dǎo)，自成一個(gè)系統(tǒng)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(shè)計(jì)就相對復(fù)雜一點(diǎn)，需要解決硬件接口電路的設(shè)計(jì)、基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)pSOS+驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)等。本文介紹以太網(wǎng)控制器CS8900A，并解決TM1300 DSP系統(tǒng)和CS8900A的硬件接口設(shè)計(jì)；簡單介紹pSOS+操作系統(tǒng)內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)模塊pNA+，以及pSOS+操作系統(tǒng)下網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。
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2 DSP芯片TM1300及X10總線接口
DSP芯片TM1300的核心是32位VLIW結(jié)構(gòu)CPU，時(shí)鐘頻率可達(dá)166MHz，片內(nèi)集成了SDRAM接口、PCI/XIO總線接口、圖像協(xié)處理器、可變長解碼器、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(shù)據(jù)。CPU各功能模塊之間的協(xié)調(diào)、資源的分析、進(jìn)程的調(diào)度，由運(yùn)行在CPU上的一個(gè)由中斷源觸發(fā)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)pSOS+控制。
網(wǎng)絡(luò)控制器CS8900A是通過XIO總線與TM1300實(shí)現(xiàn)接口的。限于篇幅，這里重點(diǎn)介紹TM1300中用于外設(shè)端口擴(kuò)展XIO總線。
TM1300片內(nèi)的PCI/XIO復(fù)用總線接口給用戶提供了無縫連接PCI設(shè)備及擴(kuò)展8位外設(shè)端口的能力。當(dāng)PCI/XIO總線接口中的XIO總線邏輯被激活時(shí)，作為TM1300系統(tǒng)擴(kuò)展8位外設(shè)的總線，其中PCI-AD[23:0]為地址總線A23～A0，共提供了尋址16M個(gè)單元的能力；PCI-AD[31:24]為8位數(shù)據(jù)總線D7～D0；C/BE0#為讀信號RD；C/BE1#為寫信號WR；C/BE2#為數(shù)據(jù)選通信號DS。
3 CS8900A簡介
CS8900A是Cirrus公司生產(chǎn)的一種高集成度的全面支持IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器，其組成結(jié)構(gòu)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(nèi)集成了ISA總線接口，可以直接和有ISA總線的微處理器系統(tǒng)無縫連接。片內(nèi)集成了4KB容量的PacketPage結(jié)構(gòu)的RAM，這4KB存儲(chǔ)器映像結(jié)構(gòu)的RAM包括片內(nèi)各種控制、狀態(tài)、命令寄存器，以及片內(nèi)發(fā)送、接收緩存。用戶可以以I/O方式、Memory方式或DMA方式訪問它們。
之所以選擇CS8900A，是因?yàn)镃irrus提供了CS8900A的基于各種操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序源代碼，這就為開發(fā)帶來了方便。基于pSOS的驅(qū)動(dòng)程序是假設(shè)目標(biāo)系統(tǒng)中包含了Intel 80X86的CPU和1個(gè)16位的ISA總線接口的，而TM1300中用于擴(kuò)展外設(shè)的XIO總線是8位總線，可見硬件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)8位XIO總線與16位ISA總線時(shí)序的配合。驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)主要是解決基于80X86芯片的源代碼移植到TM1300上運(yùn)行的問題。
4 TM1300與CS8900A硬件接口電路設(shè)計(jì)
TM1300的XIO總線用于提供用戶擴(kuò)展外設(shè)，有8根數(shù)據(jù)線D7～D0，24根地址線A23～A0，還有I/O讀寫信號RD、WR。所以，利用TM1300的8位XIO總線模擬1個(gè)16位的ISA接口和CS8900A的ISA總線接口連接，即可解決硬件接口的問題。圖2給出了接口設(shè)計(jì)的原理框圖。
圖2中，CS8900A的高8位數(shù)據(jù)線通過1個(gè)8位鎖存器和緩沖器連接到8路模擬開關(guān)A的一端，CS8900A的低8位數(shù)據(jù)線連接到8路模擬開關(guān)B的一端。8路模擬開關(guān)A、B的另一端均連接到TM1300芯片XIO總線的數(shù)據(jù)線D7～D0上。8路模擬A、B在同一個(gè)時(shí)刻只有1組是連通的，由A0控制：A0=0時(shí)，模擬開關(guān)B連通；A0=1時(shí)，模擬開關(guān)A連通。這樣就可以實(shí)現(xiàn)XIO總線8位數(shù)據(jù)線與CS8900A的16位總線的連接。同時(shí)，TM1300的A20、A0經(jīng)譯碼控制鎖存器和緩沖器的操作，邏輯關(guān)系如下：
①A20用于控制讀寫。當(dāng)A20=0時(shí)，CS8900A的高8位數(shù)據(jù)從緩沖器輸入；當(dāng)A20=1時(shí)，高8位數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器輸出到CS8900A的D15～D8。
②A0用于控制8位或16位操作。當(dāng)A0=0時(shí)，對應(yīng)16位數(shù)據(jù)讀寫；A0=1時(shí)，對應(yīng)高8位數(shù)據(jù)讀寫。
對CS8900A的16位數(shù)據(jù)讀和寫操作有所不同。當(dāng)TM1300從CS8900A讀16位數(shù)據(jù)時(shí)，讀16位數(shù)據(jù)（A0=0、A20=0），CS8900A的低8位數(shù)據(jù)直接通過8路模擬開關(guān)B輸入到TM1300的XIO總線的8位數(shù)據(jù)線D7～D0；同時(shí)，高8位數(shù)據(jù)保存在緩沖器中，緊接著TM1300再讀入緩沖器中的高8位數(shù)據(jù)（A0=1、A20=0）。同樣，輸出16位數(shù)據(jù)到CS8900A時(shí)，首先將要輸出的高8位數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中（A0=1、A20=1），然后緊接著直接輸出低8位數(shù)據(jù)到CS8900A的D7～D0（A0=0、A20=1），此時(shí)，鎖存在鎖存器中的高8位數(shù)據(jù)輸出允許，也輸出到CS8900A的D15～D8。
A12～A0直接連接TM1300的XIO總線的A12～A0。因此對于TM1300而言沒有I/O和存儲(chǔ)器的區(qū)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(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
pSOS+是WindRiver公司專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)提供的一個(gè)模塊化、高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它采用模塊化結(jié)構(gòu)，包含的一系列軟件功能模塊有：實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核pSOS+、多處理器多任務(wù)內(nèi)核pSOS+m、TCP/IP協(xié)議棧pNA+、遠(yuǎn)程調(diào)用函數(shù)庫pRPC+和文件系統(tǒng)pHILE+等。
基于pSOS+實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口框圖如圖3所示。
下面根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(xiàn)前面已經(jīng)分析過。
（2）NI（網(wǎng)絡(luò)接口）層
pNA+通過一個(gè)用戶提供的稱為網(wǎng)絡(luò)接口（NI）的軟件訪問網(wǎng)絡(luò)。一方面它直接驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接口芯片，控制太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的收發(fā)；另一方面它向pNA+提供符合pNA+要求的函數(shù)接口。在pNA+和NI之間的函數(shù)接口是標(biāo)準(zhǔn)的，和網(wǎng)絡(luò)的物理媒介以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錈o關(guān)。這些函數(shù)可以使得pNA+不需要知道網(wǎng)絡(luò)接口底層的細(xì)節(jié)，可以理解它是pSOS+中的硬件抽象層（HAL）。這些函數(shù)如表1所列。
表1 各函數(shù)的功能
這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，它們的代碼在cs8900a.c中。這些函數(shù)一方面驅(qū)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(xì)節(jié)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。另外，NI還包括一個(gè)用于處理數(shù)據(jù)包中斷的中斷例程。
每一個(gè)NI都應(yīng)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(shè)定IP地址、網(wǎng)關(guān)、掩碼等網(wǎng)絡(luò)接口參數(shù)。如：
#define SD_LAN1 YES
#define SD_LAN1_IP 0xca726878 /*202.114.104.120設(shè)定IP地址*/
#define SD_LAN1_SUBNET_MASK 0xffffff00
/*設(shè)定掩碼*/
#define SD_DEF_GTWY_IP 0xca726821 /*202.114.104.33設(shè)定網(wǎng)關(guān)*/
另外，還要給這個(gè)CS8900A網(wǎng)卡設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(xiàn)；提供了對用戶數(shù)據(jù)報(bào)UDP和流式TCP兩種傳輸協(xié)議的支持，還提供了符合BSD標(biāo)準(zhǔn)的Socket接口，為應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供了方便的編程環(huán)境。
（4）應(yīng)用層
在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)用戶的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
網(wǎng)絡(luò)接口的調(diào)試是在PC機(jī)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)過程中，可以采用tmdbg.exe調(diào)試環(huán)境支持的DP（）來測試一些結(jié)果，克服了TM1300系統(tǒng)沒有顯示支持的不足。
6 小結(jié)
本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)環(huán)境下，采用雙絞線連接，實(shí)現(xiàn)了TM1300與CS8900A的以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以成功PING通。基于Socket的簡單的C/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)測試程序也正常工作，在網(wǎng)絡(luò)低負(fù)荷時(shí)，可以用于音視頻多媒體數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳輸，具有一定的使用價(jià)值。
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