嵌入式系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)接口擴展

摘要：介紹了一種以Samsung公司的ARM7TDMI CPU S3C4510B為核心、μCUnux 為操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于MPEC-2或MPEG-4等實時多媒體數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸所面臨的問題，并提出了相應(yīng)的解決方案。

嵌入式系統(tǒng)目前已廣泛應(yīng)用于信息家電、網(wǎng)絡(luò)通信和工業(yè)控制等各個領(lǐng)域。典型的嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式硬件和軟件構(gòu)成，其中硬件部分的核心為嵌入式處理器。與通用處理器相比，其在功耗、體積、成本等方面都受到應(yīng)用要求的制約。嵌入式系統(tǒng)的軟件部分可以像計算機一樣使用操作系統(tǒng)，目前已有許多成熟嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWorks、pSOS、Nucleus、Windows CE 以及嵌入式Linux 等。當(dāng)然，在一些簡單應(yīng)用中許多嵌入式系統(tǒng)的軟件并沒有使用操作系統(tǒng)，只有一些循環(huán)控制。這樣，軟件復(fù)雜度大大降低，從而減少存儲器的容量要求，但是這樣的軟件在重復(fù)使用、網(wǎng)絡(luò)支持等方面的能力相對較弱。

ARM系列內(nèi)核是目前嵌入式處理器中廣泛使用的內(nèi)核。采用ARM內(nèi)核的處理器具有體積小、功耗低、成本低和性能高的特點。在全球有眾多生產(chǎn)ARM內(nèi)核處理器的廠商。

Linux是一種很受歡迎的開放源碼操作系統(tǒng)，原先被設(shè)計應(yīng)用于桌面系統(tǒng)，后被廣泛應(yīng)用于服務(wù)器。由于其開放源碼和內(nèi)核可裁減等特性，Linux逐漸被修改用于嵌入式領(lǐng)域。目前已有多個嵌入式應(yīng)用的版本，μClinux 是其中的一個分支，最早被設(shè)計應(yīng)用于微控制領(lǐng)域。其最大特征就是沒有MMU(內(nèi)存管理單元)，很適合于許多低端的、沒有MMU的嵌入式處理器。

本文設(shè)計了一種嵌入式系統(tǒng)用于多媒體實時數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。ARM內(nèi)核處理器與嵌入式 Linux 是目前嵌入式應(yīng)用中的一種典型組合，選用了 Samsung 公司的16／32位ARM7TDMI 內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)處理器 S3C4510B 為嵌入式硬件核心，μClinux 為操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持完整的TCP／IP協(xié)議以及許多其它的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，同時它具有很低的成本。

1 嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成

1．1 硬件系統(tǒng)

嵌入式硬件系統(tǒng)主要由 CPU、Flash ROM、SDRAM、以太網(wǎng)物理層、FIFO以及CPLD等芯片構(gòu)成，如圖1所示。

(1) CPU

本系統(tǒng)采用了 ARM7TDMI 內(nèi)核的 RISC 處理器S3C4510B。該芯片具有如下一些主要特點：

8／16／32位的外部總線支持 ROM、RAM、Flash 存儲器、DRAM 和外部I／O；

·8K 字節(jié)的 Cache；

·一個I2C 接口；

·一個帶 MII 接口的100Mbps／10Mbps 以太網(wǎng)控制器；

·兩個 UART 通道；

·兩個通用 DMA 通道；

·兩個 HDLC 通道；

·18個通用I／0通道；

·兩個32位定時器；

·共有21個中斷源，其中4個用于外部中斷；

·一個內(nèi)部 PLL 用于提供高頻率的系統(tǒng)時鐘，最高系統(tǒng)時鐘可達50MHz。

由此可見，S3C4510B 很適用于低端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如集線器、交換機、家庭網(wǎng)關(guān)等。

(2)Flash ROM 和 SDRAM

Flash ROM 和 SDRAM 構(gòu)成了系統(tǒng)的存儲空間。其中Flash ROM 作為程序存儲器，用于存放操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等；SDRAM為系統(tǒng)內(nèi)存。

(3)以太網(wǎng)物理層和串行接口芯片

CPU 內(nèi)部的以太網(wǎng)控制器只提供了MAC(媒體接入控制器)，需在外部接一個物理層芯片完成編解碼和時鐘恢復(fù)等功能。串行接口芯片主要完成串行線路接口的電平轉(zhuǎn)換。

(4)CPLD 和 FIFO

為了能使系統(tǒng)支持實時數(shù)據(jù)通信，需要在外設(shè)和嵌入式系統(tǒng)的外部總線之間加上 FIFO 和CPLD。FIFO 用于數(shù)據(jù)緩沖，CPLD 用于產(chǎn)生 FIFO控制邏輯和外部總線控制邏輯。

1．2 操作系統(tǒng)

ARM7TDMI 內(nèi)核已被眾多的嵌入式操作系統(tǒng)所支持，如 VxWorks、pSOS 及 Nucleus 等。這些商業(yè)化操作系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)和用戶圖形界面等方面都有很好的支持，并且在穩(wěn)定性和實時性方面都有相應(yīng)的保證，但其價格也相當(dāng)高。這里選用了開放源碼的嵌入式 Linux，它一般免費或花較少的費用就可得到，同時它在網(wǎng)絡(luò)和圖形界面方面也有很好的支持。另外，嵌入式 Linux 的高度模塊化使它可以根據(jù)實際應(yīng)用需要靈活配置，能有效精簡內(nèi)核代碼。嵌入式 Linux 具有很高的穩(wěn)定性。在實時性方面，盡管 Linux 本身未作過多關(guān)注，但可通過打?qū)崟r Linux(RTLinux)補丁解決。