TM1300 DSP体系的以太网通讯接口的计划与实现
发布日期：2011-05-04
先容了TM1300 DSP 的特点，给出了通过TM1300的PCI接口驱动以太网芯片来实现以太网通讯接口的计划要领。
该计划将TM1300和以太网连合起来，因而可以方便地实现视频通讯，文章细致先容了该方案的软件和硬件的计划要点，末了给出了对模仿数据和实际视频压缩码流的发送实行结果。
1 概述
ＴＭ１３００是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司推出的新一代高性能多媒体数字信号处理惩罚器芯片。基于ＴＭ１３００的ＤＳＰ应用体系得当于及时声音、图像处理惩罚，可遍及应用于集会电视、可视德律风、数字电视等应用场合。它不但具有强大的处理惩罚本领,同时还具有非常友爱的音频和视频以及ＳＳＩ和ＰＣＩ等Ｉ／Ｏ接口，因此可以根据应用的必要机动地布局种种视频通讯体系。鉴于如今谋略机网络的遍及和网上视频业务的生长，很有须要为ＴＭ１３００视频编码体系开辟一个以太网接口以拓宽其应用范畴。开辟以太网接口的一种公道思路是利用ＴＭ１３００集成的ＰＣＩ接口来驱动专用的以太网接口芯片。由于如今多数以太网接口芯片（如Ｒｅａｌ-ｔｅｋ８０２９，Ｒｅａｌｔｅｋ８１３９等）都采取ＰＣＩ接口，因此，可以用ＰＣＩ总线将数据从ＴＭ１３００传输到这些专用的以太网接口芯片后，再由它们发送数据，并且ＴＭ１３００可以在嵌入式操纵体系ｐＳＯＳ中运行，同时由于体系ｐＳＯＳ带有ＴＣＰ／ＩＰ协议栈因此可以方便地完成编码码流的ＴＣＰ／ＩＰ封装。
根据以上思路笔者在举行了前期测试的底子上举行了电路板的计划并顺利完成了调试。如今这个以太网接口已经根本开辟告成。本文将对这个计划的技能要点从硬件和软件两个方面举行细致先容。
２ ＴＭ１３００及ＰＣＩ总线接口
该体系的硬件布局框图如图１所示。本体系硬件计划的重点是ＰＣＩ总线接口。ＰＣＩ总线根据数据位的宽度有３２位和６４位之分,６４位的数据线与３２位是兼容的。ＰＣ机中常见的是３２位ＰＣＩ总线,它的有效引脚总数是１１０个,可以分成３组。第一组是根本成果信号线,包括３２位共享数据地点线ＡＤ〔００．．３１〕、接口控制线、仲裁线、时钟线、体系复位线、停止线;第二组是附加成果信号线,包括错误报告线、ｃａｃｈｅ成果支持线、ＪＴＡＧ边界扫描线;第三组是电源线,包括配置耗电量标识线、３．３Ｖ电源线(１２根)、５Ｖ电源线(１３根)、地线(２２根)。
由于Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９不具备ＰＣＩ的附加成果信号线所支持的ｃａｃｈｅ成果和ＪＴＡＧ边界扫描成果,同时固然它具有奇偶校验错误报告成果引脚,但该脚可以悬空不消。以是,计划时只需思量第一构成果信号线的连接即可。
ＰＣＩ接口的计划有以下几个要点：
(１)ＰＣＩ总线的仲裁
这里先阐明两个见解。起首，ＰＣＩ总线是多配置共享的，由于ＰＣ机里可以有多个ＰＣＩ配置，以是必要利用仲裁器;其次，ＰＣＩ配置有主配置和从配置之分，主配置可以提倡ＰＣＩ数据的发送从配置只能被动地相应主配置的操纵以对读操纵和写操纵做出相应。ＰＣＩ的仲裁引脚是ＲＥＱ和ＧＮＴ，分别为恳求线和授权线，并且只有ＰＣＩ主配置有这两个引脚。一样平常环境下，ＲＥＱ通常和ＧＮＴ成对地连到仲裁器，而配置与配置的ＲＥＱ和ＧＮＴ通常是互不相连的。
ＰＣＩ总线的仲裁进程是如许的：ＰＣＩ主配置把ＲＥＱ电平拉低以表现向仲裁器恳求占用总线。经仲裁获准后，仲裁器把这个配置的ＧＮＴ电平拉低以表现恳求获准，以后该配置便可以利用总线了。当它不再利用总线时，应使ＲＥＱ信号变为高电平仲裁器就不再给它分派总线资源。在本体系中，ＴＭ１３００是ＰＣＩ主配置，而Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９是ＰＣＩ从配置。由于它们不存在共享总线的题目，以是不必要仲裁器，而只是大略地把ＲＥＱ和ＧＮＴ短接即可，这就相称于ＴＭ１３００本身给本身授权。
（２）ＰＣＩ_ＩＤＳＥＬ信号线在配置的ＰＣＩ配置读写中的作用
ＰＣＩ有一种特别的读写周期，称为配置读写。这是由于在体系引导时，要是没有给配置配置Ｉ／Ｏ或内存地点，软件就只能通过配置来读写访问配置。配置读写有两种，分别称为０型和１型详细采取哪一种取决于总线的硬件连接。配置读写操纵不颠末ＰＣＩ桥时，利用０型，当必要颠末ＰＣＩ桥时，则要用１型，０型读写的地点直接便是总线上的地点，１型读写的地点则要颠末ＰＣＩ桥的译码才华成为终极的总线地点。本计划中，ＴＭ１３００和Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９是用ＰＣＩ总线直连的，以是利用０型配置读写。
ＡＤ〔００．．３１〕是ＰＣＩ总线的共享地点和数据线，每一次ＰＣＩ发送都分为地点周期和数据周期。在地点周期，采取０型读写时，ＡＤ〔００．．３１〕的内容如下，ＡＤ〔００〕和ＡＤ〔０１〕总为“００”，由于配置读写因此双字为单位的，ＡＤ〔０２〕～ＡＤ〔０７〕是要读写的ＰＣＩ配置空间的寄存器号ＡＤ〔０８〕～ＡＤ〔１０〕是配置的成果号在一块ＰＣＩ卡上有多个成果配置时，为了进一步区分差别的配置就要用到这几位，由于Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９是单成果配置，故这几位全为０，ＡＤ〔１１〕～ＡＤ〔３１〕是配置选择位，此中必须有且仅有一位为“１”，如图２所示，这在物理上表现为总线的ＡＤ〔１１〕～ＡＤ〔３１〕中有一根为高电平要是输出高电平的这根线与某块ＰＣＩ卡的ＰＣＩ ＩＤＳＥＬ引脚相连，这块卡就会被激活，如许，在紧接着的数据周期中，它就会将其ＰＣＩ配置空间相应寄存器中的内容放到总线上以供读取。
（３） ＰＣＩ_ＦＲＡＭＥ、ＰＣＩ_ＤＥＶＳＥＬ、ＰＣＩ_ＩＲＤＹ、ＰＣＩ_ＴＲＤＹ引脚的处理惩罚
上述四个引脚均是低电平有效，因此必要接上拉电阻，以包管在配置未驱动该引脚时处于稳固的无效状态，上拉电阻的阻值在１ｋΩ～１０ｋΩ范畴内，阻值越小，则将该信号驱动为有效的时间越短，但太小又会导致电流过大，以是，要衡量思量，本计划选用４．７ｋΩ。
上述三点对脱机环境下ＰＣＩ配置的互连具有较广泛的参考意义，除此之外，本计划另有以下比较特别的几点：
●应将ＴＭ１３００的ＰＣＩ，ＩＮＴＡ引脚配置为输入，以便吸取Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９的停止；
●ＰＣＩ时钟由ＴＭ１３００提供；
●Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９的复位信号也便是ＴＭ１３００的复位信号，该信号由外部电路提供；
●ＴＭ１３００的ＰＣＩ ＳＴＯＰ、 ＰＣＩ ＳＥＲＲ引脚悬空，表现Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９不具备相应的附加成果。别的，ＴＭ１３００的ＰＣＩ ＩＮＴＢ、ＰＣＩ ＩＮＴＣ、ＰＣＩ ＩＮＴＤ引脚可以用作用户停止。
３ 软件计划
该接口计划的软件布局框图如图３所示。此中ＴＭ１３００运行于ｐＳＯＳ，它是一个大略的及时多任务嵌入式操纵体系，带有ｐＮＡ＋网络组件，其ｐＮＡ＋相称于ＴＣＰ／ＩＰ协议栈的扩展，它向上可提提供用步伐编程的ｓｏｃｋｅｔ接口，向下可定义一个与网络接口层交互的接口，此中包括８个函数，分别是：ｎｉ_ｉｎｉｔ（接口芯片初始化）、ｎｉ_ｂｒｏａｄ－ｃａｓｔ（发送广播分组）、ｎｉ_ｓｅｎｄ（发送平凡分组）、ｎｉ_ｇｅｔｐｋｂ（申请发送缓冲区）、ｎｉ_ｒｅｔｐｋｂ（送还吸取缓冲区）、ｎｉ_ｉｏｃｔｌ（Ｉ／Ｏ控制操纵）、ｎｉ_ｐｏｏｌ（统计量查问）、Ａｎｎｏｕｎｃｅ（网络接口驱动调用它把吸取到的数据包提交给ｐＳＯＳ）。此中网络接口层在本应用中便是Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９的驱动步伐，它通过硬件抽象层来驱动Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９（硬件抽象层是ＰＣＩ总线的配置读写和Ｉ／Ｏ读写指令集的总称）。
软件实行的流程大抵是：体系起首启动ｐＳＯＳ，并由它加载网络接口驱动步伐，然后调用驱动步伐的ｎｉ_ｉｎｉｔ函数，同时初始化Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９的ＰＣＩ配置空间并设置Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９的事变参数，之后启动用户任务。在这里，用户任务为Ｈ．２６３编码进程。它对ＶＩ口读入的源图像举行压缩编码后，将调用ｓｏｃｋｅｔ的接口函数ｓｅｎｄｔｏ（ｓｅｎｄｔｏ是ＵＤＰ套接口专用的发送函数），然后把码流发送给ｐＳＯＳ由ｐＳＯＳ根据ＵＤＰ协议举行封装后，再调用ｎｉ_ｓｅｎｄ函数，并由ｎｉ_ｓｅｎｄ完成数据包从体系主内存到Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９片上ＲＡＭ的拷贝，然后启动Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９发送数据。在吸取环境下，Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９收到一个完备的数据包后会用停止关照ＣＰＵ，然后由ＣＰＵ实行停止办事步伐。当停止办事步伐将数据包从Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９片上ＲＡＭ中拷贝到体系的主内存后，体系将调用Ａｎｎｏｕｎｃｅ函数并把数据块的指针、数据长度和别的信息提交ｐＳＯＳ，末了由ｐＳＯＳ将数据包沿协议栈一层层上传并作出相应的处理惩罚。
软件的计划和ｐＳＯＳ操纵体系的干系比较密切，限于篇幅，本文不同错误ｐＳＯＳ作细致先容，。本文接下来重点先容ＰＣＩ配置空间的配置进程，这部分对付雷同的计划有较广泛的参考意义。ＰＣＩ配置空间有６４个字节，ＰＣＩ片内的这些寄存器存储了该芯片的厂店铺、配置号、配置范例等紧张代码，还包括下令寄存器、基地点寄存器等控制其总线举动的寄存器，它们必须在配置初始化时精确配置，不然配置不克不及事变。
对Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９ ＰＣＩ空间的配置必要三个步调：
起首是扫描总线，这一步的目标是找到Ｒｅａｌ-ｔｅｋ８０２９的配置地点，直观地讲，便是找到它的ＰＣＩ_ＩＤＳＥＬ引脚和哪根ＡＤ线相连，由于后续的配置写要根据这个地点来寻址。扫描总线时，要对ＡＤ〔１１〕到ＡＤ〔３１〕每根线举行一次扫描，要是哪根ＡＤ线连接了一个ＰＣＩ配置的ＰＣＩ ＩＤＳＥＬ引脚，那么用配置读函数读取ＰＣＩ配置空间的０号寄存器时，应该返回该配置的配置和厂商代码，要是这根线实际未连接配置，则返回值是０。已知Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９的配置和厂商代码是“０ｘ８０２９１０ｅｃ”，要是返回值与之雷同，阐明找到了Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９，这时要记下这根ＡＤ线的序号。比方，在硬件上把Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９的ＰＣＩ ＩＤＳＥＬ和ＡＤ〔２０〕相连，则扫描到的序号就应该是“２０”。
其次，用配置写函数配置Ｉ／Ｏ读写使能，即在ｃｏｍｍａｎｄ寄存器中写入“０ｘ１”。
末了，用配置写函数配置Ｉ／Ｏ地点，也便是在Ｉ／ＯＢａｓｅＡｄｄｄｒｅｓｓ寄存器写入分派给该配置的Ｉ／Ｏ地点（比方“０ｘｅ４００”）。详细步伐流程图如图４所示。
4 调试结果
根据以上计划，笔者在原ＴＭ１３００视频编码硬件体系的底子上参加了ＰＣＩ接口，并编写了ｐＳＯＳ下Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９的驱动步伐。然后，在这个硬件平台上对Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９的驱动部分举行了数据发送测试。
笔者起首用一个单独的ＵＤＰ发送任务举行发送速率测试。这个任务重要是高速地向网络上的一台ＰＣ发送数据包，数据包的大小是变长的。ＰＣ吸取并对丢包数举行统计的结果如表１所列。实行表明，在用网线直连的种种测试速率环境下都没有堕落，而当接入局域网后，在发送速率为４．５Ｍｂｐｓ时有突发的少量错误。由于ＵＤＰ是不可靠的传输方法,以是这种错误是正常的。测试中，ＵＤＰ发送的最高速率可以到达５Ｍｂｐｓ左右，它与硬件的最高速率（１０Ｍｂｐｓ）相比另有肯定差距，重要缘故起因是数据从体系主内存到Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９片上ＲＡＭ的拷贝进程如今尚未采取ＤＭＡ方法，这是必要改造的地方。
表1 丢包数统计表（单位：丢包个数/分钟）
接下来笔者举行了编码和发送的连合测试。编码任务实行Ｈ．２６３数据压缩后，把码流从以太网接口发出，然后在网络上的另一台ＰＣ上吸取这个码流，并举行解码播放。通过调解编码器的量化步长可以控制编码的输出码率。在实行环境下发明在量化步长大于便是５、码率在７００ｋｂｐｓ以下时，根本没有丢包征象，解码得到的图像比较稳固，而当量化步上进一步减小，码率靠近１Ｍｂｐｓ时，就会出现丢包征象，解码的图像会出现彩色方块。出现这种征象是由于Ｈ．２６３编码器对ＣＰＵ资源的斲丧很大，并且数据在主内存和Ｒｅａｌｔｅｋ８０２９片上ＲＡＭ之间的复制采取Ｉ／Ｏ读写方法也必要肯定的ＣＰＵ资源。如许，当量化步长小于５时，处理惩罚的巨大度高出了ＣＰＵ的本领从而孕育产生了肯定的误码。办理的途径一方面是改造数据的发送方法（采取ＤＭＡ），另一方面是必要对编码任务举行优化。
５ 小结
本文先容了ＰＣＩ总线接口的计划以及ＰＣＩ空间初始化的步调，同时对测试结果举行了较细致的阐发，提出了以后改造的方向。
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