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DSP测试系统及以太网接口的通信实现研究

作者: 发布时间:2020-01-22 09:26:31 阅读: 40 次

:以太网可以实现对于控制系统的远程调控,解决了对控制系统现场调控困难的问题。此方式利用以太网的远距离、高带宽的特性,将以太网的控制芯片以及软硬件互相结合的方法,来达到DSP 控制系统的数据传输的目的。本文系统介绍了以太网的控制芯片即 RTL8019AS 的最重要的优势、DSP 以太网通信系统的软件流程以及硬件电路图。利用RTL8019AS 以及TCP/IP 协议的综合作用,实现了PC 机和DSP TMS320VC5402 芯片的以太网接口通信。

 

1 引言

以太网作为一种炙手可热的局域网技术之一,发展已经相对成熟,它具有组网灵活、成本低廉以及市场产品丰富的特点。以太网技术包含了OSI七层物理模型中数据链路层和物理层的内容,近些年DSP即数字信号处理器在嵌入式领域发展迅速[1]。所以,如果把DSP技术和以太网联合起来,达到DSP之间或者DSP与计算机之间网络互连的目的,会很大程度上拓展DSP嵌入式系统的网络应用。但是这种方法还存在两个方面的困难:一方面,网络中的通讯协议对于处理器的系统要求高。另一方面,嵌入式系统中微处理器资源短缺。本文介绍了DSP系统以及以太网的相关技术,系统分析了DSP测试系统及以太网接口的通信实现。

 

2 RTL8019AS性能

RTL8019AS REALTEK 公司设计生产的一种高度集成的以太网控制器,它是基于 ISA 总线设计的,它涵盖了以太网的物理层(PHY)和媒介访问层(MAC)的所有功能,例如地址识别、MAC 数据帧的收发、信号极性检测与纠正、CRCCyclic Redundancy Check,循环冗余检验)编码 / 校验、超时重传、曼彻斯特编解码以及链路完整性测试等[2]

RTL8019AS可以用于10Base510Base210BaseTIEEE802.3 EthernetⅡ 等,可以用于双绞线以及同轴电缆的连接,自动测试连接的相关介质等。RTL8019AS 与主处理器之间的接口模式有 3 种:跳线模式(Jumper)、免跳线模式(Jumperless)和即插即用模式(PnP)。最常用的是跳线模式,跳线模式可以选择中断和I/O 端口。RTL8019AS 内部寄存器包括 PnP 寄存器组和NE2000 寄存器组。NE2000 寄存器包括 4 页,全部映射到 16 I/O端口的地址上。主机可以命令寄存器(CR)中的 PS0PS1 位来达到寻址不同的页的目的,进而通过 16 I/O 端口地址进一步寻址页内寄存器。

 

3软件设计部分

以太网的数据传输一般采用TCP / IP 网络协议。DSP 以太网通信中的介质访问控制和物理层是RTL8019AS芯片独自完成。软件部分通过C 语言和汇编的综合编程,主要是 TCP/IP 协议的植入、RTL8019AS DSP 的初始化以及DSP RTL8019AS 的数据通信控制。其中 DSP 的初始化采用汇编,其余则采用 C 语言。

1)软件设计的主要任务:

1)TCP / IP 协议植入 DSP

由于板卡资源短缺,只构建 TCP/IP 协议。其中 TCP/IP 协议中最主要的是IPTCPUDP这三个协议, TCP 协议是最复杂的,它主要解决传输可靠性问题,传输需三次握手,因此TCP 协议的实时性较低、资源占用较大,不符合要求的数据传输的实时性,所以传输层上采用 UDP 协议。

2)DSP RTL8019AS 的初始化。

初始化包括设置 RTL8019AS 寄存器工作参数,以便正常工作[3]

3) DSP RTL8019AS 的数据收发控制。

RTL8019AS 寄存器进行编程可以实现数据的收发控制。

2)软件的总体设计

步,在原始数据上添加UDP 头,即UDP 数据长度、校验、源端口和目的端口四个字段;第二步,添加 IP 头,即IP 数据长度、校验和、源 IP 地址和目IP 地址等字段;第三部,封装以太网 IEEE802. 3 帧,即目的 MAC 地址、源 MAC 地址以及以太网帧总长度。源MAC 地址是本地物理地址,初始化时进行设定。IEEE802. 3帧结构中的 的CRC 校验由 RTL8019AS 独自完成。从而构造完整的 UDP 数据报,接下来通过远程 DMA传递给RTL8019AS 进行发送。

解包是打包反过程。DSP根据不同的报头对 RTL8019AS 接收到的数据采用不同的解析方法。将解包IP 地址和本地 IP 地址比较,再进行校验以及验证,如果 IP 相同,则接收,否则丢弃;如果校验和错误,表示数据发生差错,然后由应用层发送重传请求。可以重传6 次。6 次失败后,解析下一帧[4]

 

4 硬件设计部分

本系统采用TI公司的TMS320VC5402作为核心处理器。它性价比较高,具有6总线哈佛结构可以使6条流水线同时工作,频高达100MHz。它属于16位上位定点DSP ,包含独特的硬件逻辑CPU、片内外围设备、片内存储器和一个高度专业化的指令集。

整个系统包括网络控制和数据处理两部分。网络控制部分采用的网络接口芯片是RTL8019AS,它主要负责接收与发送网络数据流。为了保证数据流的稳定性,防止发生干扰,需要在网卡芯片和外部网络数据线之间加入电气隔离滤波芯片[5]

数据处理部分的DSP处理器芯片是TMS320VC5402,它主要进行分析、处理和存储网卡芯片RTL8019AS传输的数据。在数据传输过程中,如果McBSP缓冲区数据满了就会触发DMA控制器,从而传输数据,使McBSPDMA控制器相互配合。

 

5 小结

本文利用TMS320VC5402这一核心控制部件,RTL8019AS网卡和微处理器成功的连接起来,数据经过系统处理后进行以太网传输。本系统将网络数据传输的强大功能和嵌入式系统的灵活性相结合,拓展了本系统的应用领域,市场前景广阔。

 

参考文献

[1] 郭胜江,陈朝阳.一种基于DSP的可插拔式以太网接口的设计与实现[J].电子工程师,2004 ,(3).

[2] 徐宇杰.TCP/IP协议深入分析[M].北京:清华大学出版社,2009.

[3] 孙守昌,王克家,韩红芳.基于DSP平台的嵌入式系统与以太网的接口技术[J].电子技术,2003 ,(5).

[4] 叶克松,冯涛,武自芳.基于DSP芯片外围接口技术应用.微计算机信息[J]2005,7-2:140-141.

[5] 李永辉,谢志远,耿恒.基于DSP的嵌入式TCPΠIP协议的研究和实现[J].华北电力大学学报,2004 ,(2).