網(wǎng)絡處理器IP2022及其在嵌入式牌照識別系統(tǒng)中的應用

　　介紹了Ubicom公司的最新網(wǎng)絡處理器IP2022以及專為網(wǎng)絡優(yōu)化而設計的嵌入式實時操作系統(tǒng)ipOS的特點。描述了如何在中ipOS下編制以太網(wǎng)應用程序。給出IP2022在一個嵌入式牌照識別系統(tǒng)中的應用實例。

　　隨著Internet技術(shù)的廣泛應用，許多專家預測Internet技術(shù)將會無所不在，且是一個嵌入式技術(shù)。這就導致了一個需求，即在某些電子、電器設備中，以低成本去執(zhí)行物理層（PHY）與TCP/IP函數(shù)集。嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可廣泛應用于家電產(chǎn)品、安全設備、自動售貨機、遠程抄表以及工業(yè)控制等領域。

　　在大量的嵌入式應用中，為物理層提供網(wǎng)絡連接是一個關鍵。然而TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議棧的供應商并沒有意識到這一點。通常，即使協(xié)議棧是以軟件形式執(zhí)行，接口也是以某種專用的硬件形式提供。Ubicom的網(wǎng)絡處理器IP2022已經(jīng)能夠執(zhí)行TCP/IP協(xié)議模塊，也能以軟件形式執(zhí)行物理口，例如UART、I2C等。隨著以太網(wǎng)MAC／PHY物理層接口需求的增長，專為執(zhí)行以太網(wǎng)協(xié)議的軟件模塊(ipModule)已經(jīng)實現(xiàn)。

　　1 1P2022介紹

　　IP2022是Ubicom公司的最新產(chǎn)品。IP2022芯片為網(wǎng)絡連接應用進行了優(yōu)化，十分適用于Internet基礎設備和網(wǎng)橋／網(wǎng)關部分。使用Ubicom的預制軟件模塊和配置工具可以對芯片編程和重新編程，為多種設備間和人機間通訊應用創(chuàng)建了真正的單芯片解決方案。

　　IP2022內(nèi)含兩個全雙工串化器／解串器(Ser／Des)硬件單元，能直接與各種常用網(wǎng)絡接口相連。這種功能使其能夠?qū)崿F(xiàn)片內(nèi)10 Base-T以太網(wǎng)、USB以及其它各種快速串行協(xié)議。由于擁有Ser／Des硬件單元，IP2022也便于從一種協(xié)議轉(zhuǎn)換到另一種協(xié)議，因而也能作為協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

　　IP2022的軟件模塊包括10base-T以太網(wǎng)、USB、UART、I2C、SPI、并行從設備物理接口以及一個完整的TCP／IP堆棧。正在開發(fā)的多種附加軟件可用于構(gòu)建完整的端到端連接解決方案。Ubicom的Internet處理器體系結(jié)構(gòu)和軟件模塊的組合創(chuàng)建了一個強大靈活的平臺，使設計人員能夠有信心跟上標準的更新與市場需求的變化，設計出用于未來的產(chǎn)品。

　　IP2022具有100MIPS的處理能力，并為通訊應用進行了優(yōu)化。它能夠在執(zhí)行應用程序的同時，提供高速計算、靈活的I／O控制和高效的數(shù)據(jù)處理功能，因此可用于高性能物理接口和網(wǎng)絡協(xié)議的軟件實現(xiàn)。IP2022的工作電壓為2．5V，芯片上帶有內(nèi)置的電荷泵，因此不需要為閃存編程而提供高電壓。

　　2 IP2022操作系統(tǒng)中OS簡介

　　ipOS是Ubicom設計的可配置的嵌入式實時操作系統(tǒng)。它是專為網(wǎng)絡應用而優(yōu)化的，然而不論在哪兒執(zhí)行通信網(wǎng)絡協(xié)議，都存在一個問題，就是如何最好地支持各種不同通信緩沖區(qū)／包(Buffer／Packet)的協(xié)議層。ipOS所采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡緩沖區(qū)(Netbuf)為此類問題提供了一個有力且靈活的解決方案，與此同時達到了最少使用存儲器的目的。

　　ipOS支持單任務與多任務操作模式。要使用單任務模式可在配置工具中關閉多任務選項。在單任務模式下，需要盡可能快地輪詢調(diào)用每個物理接口和一些操作系統(tǒng)函數(shù)。由于僅有一個任務，在輪詢循環(huán)(Polling loop)中，任何被直接或間接調(diào)用的函數(shù)必須盡可能快地返回，因為這些函數(shù)阻礙了其它系統(tǒng)進程的繼續(xù)進行。函數(shù)在等待I／0時，不能阻塞進程的執(zhí)行，這是最重要的。

　　3 10Base-T以太網(wǎng)的軟件執(zhí)行

　　3.1硬件需求

　　要給10Base-T以太網(wǎng)設置串化器／解串器(Ser／Des)，來自差分線接收器或片上比較器的輸人數(shù)據(jù)端應連接到IP2022 Ser／Des接收器的輸入端，以太網(wǎng)的接收／發(fā)送信號要匹配Ser／Des指定的管腳。這些管腳通過一個帶有終端的變壓器連接到一個RJ45插座。IP2022與以太網(wǎng)接口連接示意圖如圖1所示。

　　在這個實現(xiàn)中，IP2022在單個芯片上從以太網(wǎng)MAC／PHY層到應用層完成了網(wǎng)絡互連的所有方面。10Base-T以太網(wǎng)的實現(xiàn)利用了IP2022片內(nèi)Ser／Des單元，從而使外圍器件最少。

　　IP2022工作電壓為2．5V。在這個設計中，以太網(wǎng)接口需要5V電壓而IP2022  I／0卻工作在2．5V上，因此必須選擇一個正確轉(zhuǎn)換匝數(shù)的以太網(wǎng)變壓器。所選的變壓器或者能接受2．5V輸入，或者可在電路中插入一個5V的TTL緩沖器來允許使用1：1的變壓器。另一種方法是使IP2022的I／0工作在3．3V上，使用一個5V的CMOS緩沖器。在這個設計中，選擇了一個1：1的變壓器，因為它們更易購買，且價格合算；還有，大多數(shù)帶有內(nèi)置變壓器的RJ45連接器僅在較為流行的1：1轉(zhuǎn)換配置中有用，通過去掉電路中的緩沖器，可進一步簡化電路。