為了適應大量的嵌入式產品的網絡接入需求，目前市場上的主流嵌入式操作系統(tǒng)都包含了 TCP/IP 網絡協議棧。這些商品化的TCP/IP協議棧運行可靠、性能也非常好，但是價格較高，降低了市場競爭力。因此，開發(fā)自主知識產權的TCP/IP協議棧的要求變的日益迫切而有意義。本文的研究目標是建立一個DSP系統(tǒng)的網絡通信平臺，實現DSP系統(tǒng)與網絡中其他通信設備的高速數據傳輸。

系統(tǒng)總體設計

本文研究的以太網通信系統(tǒng)大致分為圖1所示的5個層次，由下向上分別為：硬件層、設備驅動層、操作系統(tǒng)、網絡模塊和用戶代碼。

圖1 系統(tǒng)的層次結構

本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處是以DSP系統(tǒng)和以太網控制芯片Ax88796的接口電路為系統(tǒng)的物理基礎。快速以太網驅動程序處于硬件抽象層，為操作系統(tǒng)提供了訪問快速以太網控制芯片 Ax88796 或改變其工作行為的系統(tǒng)調用。μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)處于系統(tǒng)內核，為用戶代碼統(tǒng)一管理系統(tǒng)軟硬件資源提供用戶所需的底層服務。TCP/IP 協議棧軟件為 μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)擴展了網絡通信能力。用戶代碼處理特定的應用程序細節(jié)。

系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件包括TMS320F2812 DSP與IS61LV51216存儲器芯片的接口電路以及TMS320F2812與快速以太網控制芯片Ax88796的接口電路，電路硬件原理框圖如圖2所示。

圖2 硬件原理圖

TMS320F2812是TI新推出的高端C2000系列DSP，它在具備強大運算能力的同時，兼顧了控制領域的需求，特別適合控制對象復雜又需要較高實時運算能力的領域。它具有150MIPS的指令執(zhí)行速度；單周期完成 3232 位的乘法器；快速中斷響應；單指令周期的讀寫操作；100～120MIPS的Flash訪問技術；150MIPS的外部RAM訪問速度。基于以上特點，本系統(tǒng)選擇TMS320F2812作為系統(tǒng)的主控芯片。

DSP電源電路提供1.8V/1.9V、 3.3V、VDD3VFL和VDDA3V四種電源類型，分別供DSP的內核、I/O、內部 Flash 和AD模塊使用。并且由于各種電源類型存在嚴格的上/下電時序，電源部分還需提供時序控制功能。電源監(jiān)控電路在系統(tǒng)電源電壓出現波動時，給DSP系統(tǒng)提供復位信號，使系統(tǒng)程序重新初始化并運行，避免出現不可預知的錯誤。

面對表面貼技術造成的測試上的不便，JTAG接口提供了簡單靈活的調試手段，用戶可以通過 JTAG接口，將在 PC交叉編譯生成的結果下載到DSP中，或者通過JTAG接口即時查看DSP內部寄存器和RAM的值，對程序的行為進行調試。系統(tǒng)的軟件代碼在調試階段存放在擴展的RAM中，脫機運行后，用于存儲傳輸的圖像數據，故擴展了512KB。以太網控制芯片Ax88796通過ISA接口與DSP相連，通過網絡隔離器16ST8515后，接入以太網絡中。

1 Ax88796與TMS320F2812的接口設計

TMS320F2812通過XINTF接口訪問外部設備，每次訪問都分為三個階段：前導（Lead）、有效（Active）和跟隨（Trail），每個階段的等待周期數都可由軟件設定，等待的時鐘周期數由該存儲區(qū)間對應的XTIMING寄存器設置，而且每個存儲區(qū)間的讀寫過程可以單獨控制。

TMS320F2812通過對采樣XREADY信號輸入引腳來判斷外部設備是否完成數據讀/寫。當外部低速設備的讀/寫過程未執(zhí)行完成時，輸出信號READY為未就緒狀態(tài)，此時TMS320F2812持續(xù)保持數據有效（寫訪問）或保持等待數據（讀訪問）狀態(tài)，即ACTIVE狀態(tài)。一旦TMS320F2812對該信號的采樣結果是就緒狀態(tài)，則結束本次數據讀寫過程。

在TMS320F2812對Ax88796進行讀操作時，設置Lead和Trail階段為0個時鐘周期，Active 階段為5個時鐘周期；在TMS320F2812對Ax88796進行寫操作時，設置Lead階段為0個時鐘周期，Active階段為1個時鐘周期，Trail階段為1個時鐘周期。

2 Ax88796的ISA接口設計

Ax88796有兩個輸入引腳，CPU[1:0]設置不同的工作模式，用于和不同的CPU總線相連。在與TMS320F2812連接時，將CPU[1:0]都拉低，設置為ISA總線接口。

Ax88796的地址總線SA與數據總線SD分別與TMS320F2812的地址/數據總線相連，TMS320F2812通過I/O讀寫Ax88796的寄存器來控制其狀態(tài)，通過遠程DMAFIFO與Ax88796的內部SRAM進行數據交換。Ax88796的基地址默認值為200H，所以基地址范圍為200H～21FH。Ax88796的ISA接口有10根地址線――SA[9:0]。

Ax88796的BHE引腳決定了是否使能高8位數據線，如果 BHE 信號為高，則高8位數據線內部強行下拉，此時Ax88796工作在8位傳輸模式下。表1和表2是 Ax88796 在 ISA 模式時的訪問信號組合。

可以看出，對奇偶字節(jié)地址的訪問方式是不同的，但對于TMS320F2812而言，地址空間是按16位字尋址，所以所有的地址都是偶字節(jié)地址，這樣對地址線A0就無須再作專門處理，連線簡潔。在本課題中，直接將BHE接地，始終使用16位傳輸模式。

3 系統(tǒng)RAM擴展

TMS320F2812內部已經集成了18KB的RAM，對于一般的應用來說，已經無須再擴展外部RAM。片內RAM能以150MIPS的速度進行訪問。在對運算速度要求很高的處理程序中，通常將經常訪問的程序段放到內部RAM中運行，這樣能大大提高運行速度，因此片內RAM顯得格外寶貴。而且本系統(tǒng)是一個網絡通信系統(tǒng)，將來會用于進行大量圖像的網絡傳輸，因而也要求外括RAM用于存放圖像文件。

TMS320F2812采用32位的尋址方式，數據空間和程序空間統(tǒng)一編址。TMS320F2812有1056K16bit的外部存儲器接口能力，分為5個地址區(qū)間：區(qū)間0、區(qū)間1、區(qū)間2、區(qū)間6和區(qū)間7，其中區(qū)間6、7共用一個片選引腳 CS6AND7。在 MP模式下，TMS320F2812 在復位之后，跳轉到區(qū)間7尋找矢量表，但是在MC模式下，將不存在區(qū)間 7，由片內的ROM取而代之，所以在擴展系統(tǒng)RAM時，使用RAM區(qū)間6。

系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的軟件部分包含3個方面：快速以太網驅動程序、μc/OS-II操作系統(tǒng)和TCP/IP協議棧軟件?？焖僖蕴W驅動程序屏蔽了對底層網絡設備的處理細節(jié)，同時向上層操作系統(tǒng)提供硬件無關的接口調用。在以太網通信之前，首先要實現位于硬件抽象層的快速以太網驅動程序，上層軟件與以太網控制器的交互都要通過驅動程序進行。網絡通信系統(tǒng)通常要與多個對象實現信息共享，因此本文為TMS320F2812DSP移植了嵌入式多任務操作系統(tǒng)μC/OS- II，增強系統(tǒng)的事務處理能力。TCP/IP是實現異構網絡互聯的網絡體系結構和協議標準，屏蔽各種物理網絡技術。本文結合嵌入式系統(tǒng)的特定要求進行簡化之后，實現了地址解析協議ARP、網際協議IP、網際控制報文協議ICMP、用戶數據報協議UDP和TCP傳輸控制協議等幾個Internet接入的必需協議。

系統(tǒng)測試及結果

用ANSIC語言和匯編語言在TMS320F2812上編寫的網絡通信軟件全部調試通過，系統(tǒng)軟件占用程序空間40.7KB，數據空間38.7KB。表3和表4分別是主要區(qū)塊內存分配和協議代碼占用情況。

結束語

綜合性的測試表明本系統(tǒng)完全滿足了網絡通信系統(tǒng)所具備的各項功能，它將DSP的強大運算處理能力和Internet聯系起來，使得DSP系統(tǒng)不再是“信息孤島”，能夠方便的與網絡上的其他設備進行信息共享，進一步擴展了DSP的應用前景。