菊花鏈AVB：構(gòu)建一個(gè)低開銷的AVB系統(tǒng)

對(duì)比其他的數(shù)字音頻分發(fā)機(jī)制(如USB音頻)，由于需要能感知AVB的交換機(jī)，AVB可能看起來成本較高。因?yàn)檫@個(gè)原因，提出菊花鏈AVB的案例：一臺(tái)帶有兩個(gè)以太網(wǎng)端口(稱其為A與B)和一臺(tái)內(nèi)置“交換機(jī)”的AVB終端設(shè)備，引號(hào)引住交換機(jī)是因?yàn)檫@并不是一臺(tái)全功能的交換機(jī)。

圖3給出的即為一種布局案例。一臺(tái)筆記本電腦與節(jié)點(diǎn)1相連，節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2相連，節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)3相連，網(wǎng)絡(luò)到此結(jié)束。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)由2個(gè)端口(對(duì)稱的)組成，連接端口的邏輯如下：

● 如果只有一個(gè)端口被插入，節(jié)點(diǎn)就相當(dāng)于一臺(tái)普通的AVB終端設(shè)備

● 如果兩個(gè)端口都被接入，此節(jié)點(diǎn)主要擔(dān)當(dāng)兩個(gè)端口之間的橋：所有數(shù)據(jù)流都正常通過。此節(jié)點(diǎn)自己將會(huì)接入任一經(jīng)過此設(shè)備的AVB數(shù)據(jù)流，并且偶爾會(huì)消除或者產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)包：例如當(dāng)響應(yīng)SRP、PTP或配置協(xié)議中任意一個(gè)時(shí)。

這就意味著依據(jù)交換容量節(jié)點(diǎn)需要的資源很少。到達(dá)端口A的數(shù)據(jù)將會(huì)流向B，除非它已被本地的節(jié)點(diǎn)預(yù)定，到達(dá)B的流也將流向A，除非它已被本地的節(jié)點(diǎn)預(yù)定。偶爾會(huì)在本地生成數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)必須了解這些數(shù)據(jù)包應(yīng)該去向A還是B。橋接A與B的軟件必須是能感知AVB的，并且必須參與進(jìn)來，例如時(shí)鐘同步。

值得注意的是，現(xiàn)在既不需要路由表也不需要緩沖存儲(chǔ)，完成這樣簡單的任務(wù)也不需要操作系統(tǒng)。這就意味著在成本方面，一臺(tái)菊花鏈AVB終端設(shè)備與普通的AVB終端設(shè)備外加一個(gè)以太網(wǎng)PHY和插口的成本是差不多的。

這種方法有一些局限性：

● 和一臺(tái)交換機(jī)不同，一個(gè)菊花鏈網(wǎng)絡(luò)需要為流過整條菊花鏈的末向數(shù)據(jù)流預(yù)留流量;在1臺(tái)帶有7個(gè)節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)里，所有7個(gè)節(jié)點(diǎn)理論上都可以接收100 Mbits的流量。在一個(gè)菊花鏈系統(tǒng)中，這可能需要第一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸700 Mbits/s。然而，在一個(gè)AVB系統(tǒng)中，大多數(shù)數(shù)據(jù)流都是多路傳送音頻數(shù)據(jù)流，很小部分的流量為特殊的節(jié)點(diǎn)預(yù)留。因此，鏈上的節(jié)點(diǎn)都接聽到相同的流，一條菊花鏈上幾乎沒有額外的數(shù)據(jù)流。

● 一秒限制：它指的是為了保證一個(gè)2ms的端對(duì)端延遲，AVB標(biāo)準(zhǔn)不支持在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有多于7臺(tái)交換機(jī)，這就把一條單菊花鏈限制到7個(gè)節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)。有兩種方法可以解決這個(gè)問題：首先，可以在一個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi)放棄那2ms的延遲。其次，可以在菊花鏈中使用一臺(tái)交換機(jī)。倘若一條4個(gè)節(jié)點(diǎn)的菊花鏈與交換機(jī)的每個(gè)端口都相連，那么一臺(tái)交換機(jī)就可以使用4倍的節(jié)點(diǎn)數(shù)，減少了所需基礎(chǔ)設(shè)施的成本。

因?yàn)檫@些限制，菊花鏈AVB非常適合于用于小規(guī)模系統(tǒng)。

菊花鏈實(shí)施案例

已經(jīng)在帶有16個(gè)邏輯核的XMOS芯片的基礎(chǔ)上開發(fā)出了一種菊花鏈AVB節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。的系統(tǒng)所用硬件包括：

● 一片帶有16個(gè)邏輯核的xCORE多核微控制器

● 兩個(gè)帶有磁體和插口的以太網(wǎng)PHY

● 一個(gè)可以生成字時(shí)鐘的低抖動(dòng)鎖相環(huán)(PLL)

● 一個(gè)帶有輸入輸出級(jí)的編碼解碼器(CODEC)

微控制器運(yùn)行7個(gè)任務(wù)來控制2個(gè)以太網(wǎng)端口：輸入數(shù)據(jù)包、輸出數(shù)據(jù)包和兩個(gè)端口間的路由數(shù)據(jù)包。另外6個(gè)任務(wù)實(shí)現(xiàn)AVB棧，分別是主叫者/接聽者、PTP與媒體時(shí)鐘恢復(fù)、I2S控制、SRP/MRP和1722.1恢復(fù)與控制任務(wù)。所有的13個(gè)任務(wù)適合于128kByte的片上存儲(chǔ)，從而不再需要排除外部RAM。用一片外部閃存芯片來存儲(chǔ)固定數(shù)據(jù)和開機(jī)映像。其軟件與高通道數(shù)AVB產(chǎn)品的軟件非常相似，唯一不同的部分是MII接口和緩存。

通過采用一片XMOS sliceKIT卡加兩片以太網(wǎng)子卡與一片音頻子卡來構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)。圖5為一張介紹4個(gè)菊花鏈節(jié)點(diǎn)堆疊的照片。菊花鏈節(jié)點(diǎn)堆疊與一臺(tái)筆記本電腦相連，它將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)作為“左”和“右”聲道。(音頻子卡自帶雙立體聲輸入和雙立體聲輸出;這次演示只運(yùn)用了一個(gè)單音頻輸出。)

筆記本電腦可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，因而我們可以將我們的音頻輸出重新指向到兩臺(tái)揚(yáng)聲器。每個(gè)時(shí)鐘的示波器波形圖表明兩個(gè)聲道在播放時(shí)沒有明顯的相位差。相同的硬件/軟件架構(gòu)可被廣泛應(yīng)用，如構(gòu)建一個(gè)會(huì)議電話系統(tǒng)，或者驅(qū)動(dòng)一個(gè)功放(P/A)系統(tǒng)。

結(jié)論

我們已經(jīng)證明我們能夠構(gòu)建一個(gè)低開銷的AVB系統(tǒng)，而不需要全功能的AVB交換機(jī)。這減少了AVB的成本，并使菊花鏈系統(tǒng)得以被構(gòu)建。