基于DSP的以太網(wǎng)通信接口設計方案

　　3　軟件設計

　　該接口設計的軟件結構框圖如圖3所示。其中TM1300運行于pSOS，它是一個簡單的實時多任務嵌入式操作系統(tǒng)，帶有pNA+網(wǎng)絡組件，其pNA+相當于TCP/IP協(xié)議棧的擴展，它向上可提供應用程序編程的socket接口，向下可定義一個與網(wǎng)絡接口層交互的接口，其中包括8個函數(shù)，分別是：ni_init(接口芯片初始化)、ni_broad-cast(發(fā)送廣播分組)、ni_send(發(fā)送普通分組)、ni_getpkb(申請發(fā)送緩沖區(qū))、ni_retpkb(歸還接收緩沖區(qū))、ni_ioctl(I/O控制操作)、ni_pool(統(tǒng)計量查詢)、Announce(網(wǎng)絡接口驅動調用它把接收到的數(shù)據(jù)包提交給pSOS)。其中網(wǎng)絡接口層在本應用中就是Realtek8029的驅動程序，它通過硬件抽象層來驅動Realtek8029(硬件抽象層是PCI總線的配置讀寫和I/O讀寫指令集的總稱)。 軟件執(zhí)行的流程大致是：系統(tǒng)首先啟動pSOS，并由它加載網(wǎng)絡接口驅動程序，然后調用驅動程序的ni_init函數(shù)，同時初始化Realtek8029的PCI配置空間并設置Realtek8029的工作參數(shù)，之后啟動用戶任務。在這里，用戶任務為H.263編碼進程。它對VI口讀入的源圖像進行壓縮編碼后，將調用socket的接口函數(shù)sendto(sendto是UDP套接口專用的發(fā)送函數(shù))，然后把碼流發(fā)送給pSOS由pSOS根據(jù)UDP協(xié)議進行封裝后，再調用ni_send函數(shù)，并由ni_send完成數(shù)據(jù)包從系統(tǒng)主內存到Realtek8029片上RAM的拷貝，然后啟動Realtek8029發(fā)送數(shù)據(jù)。在接收情況下，Realtek8029收到一個完整的數(shù)據(jù)包后會用中斷通知CPU，然后由CPU執(zhí)行中斷服務程序。當中斷服務程序將數(shù)據(jù)包從Realtek8029片上RAM中拷貝到系統(tǒng)的主內存后，系統(tǒng)將調用Announce函數(shù)并把數(shù)據(jù)塊的指針、數(shù)據(jù)長度和其它信息提交pSOS，最后由pSOS將數(shù)據(jù)包沿協(xié)議棧一層層上傳并作出相應的處理。 軟件的設計和pSOS操作系統(tǒng)的關系比較密切，限于篇幅，本文不對pSOS作詳細介紹。

本文接下來重點介紹PCI配置空間的配置過程，這部分對于類似的設計有較普遍的參考意義。PCI配置空間有64個字節(jié)，PCI片內的這些寄存器存儲了該芯片的廠商號、設備號、設備類型等重要代碼，還包括命令寄存器、基地址寄存器等控制其總線行為的寄存器，它們必須在設備初始化時正確配置，否則設備不能工作。 對Realtek8029 PCI空間的配置需要三個步驟： 首先是掃描總線，這一步的目的是找到Real-tek8029的配置地址，直觀地講，就是找到它的PCI_IDSEL引腳和哪根AD線相連，因為后續(xù)的配置寫要根據(jù)這個地址來尋址。掃描總線時，要對AD〔11〕到AD〔31〕每根線進行一次掃描，如果哪根AD線連接了一個PCI設備的PCI IDSEL引腳，那么用配置讀函數(shù)讀取PCI配置空間的0號寄存器時，應該返回該設備的設備和廠商代碼，如果這根線實際未連接設備，則返回值是0。已知Realtek8029的設備和廠商代碼是“0x802910ec”，如果返回值與之相同，說明找到了Realtek8029，這時要記下這根AD線的序號。例如，在硬件上把Realtek8029的PCI IDSEL和AD〔20〕相連，則掃描到的序號就應該是“20”。 其次，用配置寫函數(shù)配置I/O讀寫使能，即在command寄存器中寫入“0x1”。 最后，用配置寫函數(shù)配置I/O地址，也就是在I/OBaseAdddress寄存器寫入分配給該設備的I/O地址(例如“0xe400”)。具體程序流程圖如圖4所示。

　　4 調試結果

　　根據(jù)以上設計，筆者在原TM1300視頻編碼硬件系統(tǒng)的基礎上加入了PCI接口，并編寫了pSOS下Realtek8029的驅動程序。然后，在這個硬件平臺上對Realtek8029的驅動部分進行了數(shù)據(jù)傳送測試。 筆者首先用一個單獨的UDP發(fā)送任務進行發(fā)送速率測試。這個任務主要是高速地向網(wǎng)絡上的一臺PC發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的大小是變長的。PC接收并對丟包數(shù)進行統(tǒng)計的結果如表1所列。實驗表明，在用網(wǎng)線直連的各種測試速率情況下都沒有出錯，而當接入局域網(wǎng)后，在發(fā)送速率為4.5Mbps時有突發(fā)的少量錯誤。由于UDP是不可靠的傳輸方式,所以這種錯誤是正常的。

測試中，UDP發(fā)送的最高速率可以達到5Mbps左右，它與硬件的最高速率(10Mbps)相比還有一定差距，主要原因是數(shù)據(jù)從系統(tǒng)主內存到Realtek8029片上RAM的拷貝過程目前尚未采用DMA方式，這是需要改進的地方。 表1 丟包數(shù)統(tǒng)計表(單位：丟包個數(shù)/分鐘) 連接方式發(fā) 送 速 率 800kbps 1.8Mbps 4.5Mbps 網(wǎng)絡直連 0 0 0 接入局域網(wǎng) 0 0 2.5 接下來筆者進行了編碼和傳送的聯(lián)合測試。編碼任務執(zhí)行H.263數(shù)據(jù)壓縮后，把碼流從以太網(wǎng)接口發(fā)出，然后在網(wǎng)絡上的另一臺PC上接收這個碼流，并進行解碼播放。通過調整編碼器的量化步長可以控制編碼的輸出碼率。在實驗環(huán)境下發(fā)現(xiàn)在量化步長大于等于5、碼率在700kbps以下時，基本沒有丟包現(xiàn)象，解碼得到的圖像比較穩(wěn)定，而當量化步長進一步減小，碼率接近1Mbps時，就會出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，解碼的圖像會出現(xiàn)彩色方塊。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為H.263編碼器對CPU資源的消耗很大，而且數(shù)據(jù)在主內存和Realtek8029片上RAM之間的復制采用I/O讀寫方式也需要一定的CPU資源。這樣，當量化步長小于5時，處理的復雜度超過了CPU的能力從而產生了一定的誤碼。解決的途徑一方面是改進數(shù)據(jù)的傳送方式(采用DMA)，另一方面是需要對編碼任務進行優(yōu)化。

　　5 結語

　　　本方案介紹了TM1300 DSP 的特點，給出了通過TM1300的PCI接口驅動以太網(wǎng)芯片來實現(xiàn)以太網(wǎng)通信接口的設計方法。該設計將TM1300和以太網(wǎng)結合起來，因而可以方便地實現(xiàn)視頻通信，文章詳細介紹了該方案的軟件和硬件的設計要點，最后給出了對模擬數(shù)據(jù)和實際視頻壓縮碼流的傳送實驗結果。