千兆以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)論文范文
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本方案中，千兆以太網(wǎng)通信接口的軟件設(shè)計(jì)主要是基于TI公司提供的嵌入式操作系統(tǒng)SYS/BIOS和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)開發(fā)包NDK（NetworkDevelopment′sKit）來實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)開發(fā)包NDK是TI公司為本公司DSP的網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)提供的平臺，采用自頂向下、分層、模塊化的設(shè)計(jì)方法來支持TCP/IP協(xié)議，并占用較少的系統(tǒng)資源（對于常規(guī)的TCP/IP服務(wù)，程序空間僅需200KB~250KB的程序空間，數(shù)據(jù)空間僅需95KB）。TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層以及物理層，對于NDK模型，網(wǎng)絡(luò)開發(fā)包NDK就實(shí)現(xiàn)了5層體系結(jié)構(gòu)中的傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層。圖3為TCP/IP模型與NDK模型的對比示意圖。
NDK通過編程接口與嵌入式操作系統(tǒng)SYS/BIOS以及底層硬件相互隔離。對于NDK而言，SYS/BIOS被抽象成一個操作系統(tǒng)適應(yīng)層（OSAdaptationLayer），底層硬件被抽象成一個硬件適應(yīng)層（HardwareAdaptationLay-er），它們的函數(shù)庫OS.LIB、HAL.LIB成為了NDK與SYS/BIOS以及底層硬件的接口。圖4為基于NDK與SYS/BIOS的通信接口軟件架構(gòu)圖。由圖4可以看出，NDK主要包含NETTOOL.LIB、STACK.LIB、OS.LIB、HAL.LIB、NETCTRL.LIB五個部分。（1）NETTOOL.LIB提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，包含NDK提供的基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的所有套接字以及一些用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)的附加工具。（2）STACK.LIB是主要的TCP/IP協(xié)議棧，提供了頂層（套接字層）至底層（以太網(wǎng)和PPP層）的所有功能。（3）OS.LIB提供與SYS/BIOS操作系統(tǒng)的接口。（4）HAL.LIB提供與底層硬件的接口。（5）NETCTRL.LIB控制TCP/IP協(xié)議棧與外界的交互，管理所有網(wǎng)絡(luò)事件、協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)與硬件驅(qū)動，主要包括：①初始化TCP/IP協(xié)議棧和底層設(shè)備驅(qū)動；②啟動和維護(hù)系統(tǒng)配置（通過配置服務(wù)提供者的回調(diào)函數(shù)）；③連接底層設(shè)備驅(qū)動和安排驅(qū)動事件呼叫TCP/IP協(xié)議棧；④卸載系統(tǒng)配置和清除底層驅(qū)動。對于基于NDK與SYS/BIOS的通信接口的軟件架構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)主要分為三部分工作：（1）編制底層驅(qū)動程序。底層硬件驅(qū)動負(fù)責(zé)向TCP/IP協(xié)議棧提供具體的操作接口，用以控制以太網(wǎng)器件的配置和運(yùn)行，主要包括：初始化驅(qū)動環(huán)境，包括器件復(fù)位、中斷使能、存儲區(qū)數(shù)據(jù)訪問優(yōu)先級設(shè)定、器件枚舉和配置等；以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送；監(jiān)測底層網(wǎng)絡(luò)器件狀態(tài)，將事件信息反饋給協(xié)議棧；關(guān)閉驅(qū)動環(huán)境，并收回占用的系統(tǒng)資源。（2）在SYS/BIOS操作系統(tǒng)平臺上配置和運(yùn)行NDK的TCP/IP協(xié)議棧。CCS5.3提供了配置工具XGCONF來實(shí)現(xiàn)圖形化界面配置NDK，如圖5所示，傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層分別選用TCP、IP、EMAC協(xié)議，并對其作相關(guān)必要的配置，主要包括發(fā)送/接收窗口大小、IP地址、生存時間等內(nèi)容的配置。（3）開發(fā)用戶定制的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。本方案中主要是完成接收上位機(jī)控制信息和發(fā)送結(jié)果信息這些操作，采用流式套接字（Socket）來實(shí)現(xiàn)。Socket是應(yīng)用層與TCP/IP協(xié)議簇通信的中間軟件抽象層，它是一組接口，把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議簇隱藏在其后面。對于用戶來說，一組簡單的Socket接口就是全部通信過程，讓Socket去組織數(shù)據(jù)，以符合指定的協(xié)議。
本設(shè)計(jì)中，選取DSP作為服務(wù)器，上位機(jī)作為客戶端。對于DSP端，先初始化一個監(jiān)聽Socket，然后與端口綁定（bind），并對端口進(jìn)行監(jiān)聽（listen），再調(diào)用accept阻塞，等待PC端連接。對于PC端，先初始化一個Sock-et，然后請求連接DSP端（connect），若此時DSP端正處于等待PC端連接狀態(tài)，則DSP端接受此連接請求，于是，PC端與DSP端就成功建立起了連接。PC端發(fā)送數(shù)據(jù)請求，DSP端接收請求并處理請求，再把回應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給PC端，PC端讀取數(shù)據(jù)，最后關(guān)閉連接，一次交互結(jié)束。DSP與上位機(jī)進(jìn)行Socket通信的具體過程如圖6所示。
2功能測試
為了測試本文設(shè)計(jì)的千兆以太網(wǎng)接口的可行性，PC端采用VC++的MFC來設(shè)計(jì)測試程序，測試程序主要實(shí)現(xiàn)對單通道正弦信號的采集、處理以及顯示等操作，測試界面如圖7所示。根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求，測試程序分為數(shù)據(jù)發(fā)送/接收和數(shù)據(jù)處理/顯示這兩個部分。其中，數(shù)據(jù)發(fā)送/接收部分通過Socket編程完成與DSP的收發(fā)數(shù)據(jù)包等通信過程，數(shù)據(jù)處理/顯示部分不僅能夠支持用戶對服務(wù)器端參數(shù)和控制參數(shù)的可配置，而且通過顯示接收到的正弦信號時域波形與頻譜圖，實(shí)現(xiàn)對PC端與DSP端通信的直觀體驗(yàn)，同時更增加了本接口程序的可移植性與可擴(kuò)展性。通過測試可以發(fā)現(xiàn)，正弦信號的時域波形圖與頻譜圖較為流暢，且穩(wěn)定性較高，能夠支持長時間穩(wěn)定可靠傳輸及顯示。
3結(jié)論
本文利用TMS320C6657內(nèi)部集成了千兆以太網(wǎng)接口模塊（EMAC、MDIO與SGMII），結(jié)合片外的PHY芯片88E1112以及簡單的外圍電路，提出了千兆以太網(wǎng)通信接口的軟硬件設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了DSP與PC的網(wǎng)絡(luò)通信功能。測試結(jié)果顯示，該設(shè)計(jì)方案能夠?qū)崿F(xiàn)長時間穩(wěn)定可靠傳輸，同時，由于使用TI公司提供的NDK，降低了開發(fā)難度、縮短了開發(fā)周期，更便于擴(kuò)展與維護(hù)。目前，本設(shè)計(jì)方案已成功應(yīng)用到了無線電頻譜監(jiān)測接收機(jī)中，運(yùn)行狀況良好。
作者：吳向旭馮曉東王貴冬陳晶晶單位：重慶郵電大學(xué)3G動員中心通信技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)