基于TMS320F2812的快速以太網(wǎng)通信系統(tǒng)平臺(tái)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

　　除應(yīng)用層用戶程序外，系統(tǒng)軟件可看做操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ的功能擴(kuò)展：Ax88796驅(qū)動(dòng)程序屏蔽底層硬件，為操作系統(tǒng)擴(kuò)展了訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能力；TCP/IP協(xié)議軟件為操作系統(tǒng)擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)通信能力。
TCP/IP通常被劃分為一個(gè)四層協(xié)議系統(tǒng)，每一層負(fù)責(zé)不同的功能。

　　● 接口層：Ax88796的驅(qū)動(dòng)程序，直接訪問(wèn)Ax88796硬件設(shè)備，控制Ax88796的行為模式。
　　● 網(wǎng)絡(luò)層：處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)，例如分組的選路。
　　● 運(yùn)輸層：為兩臺(tái)主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。
　　● 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié)。

　　在DSP上實(shí)現(xiàn)的100M快速以太網(wǎng)通信，關(guān)鍵要考慮兩個(gè)方面：

　　● 如何控制硬件設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)中（或者將以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)接收到DSP內(nèi)）。

　　● 如何生成待發(fā)送的數(shù)據(jù)（或者如何解釋接收到的數(shù)據(jù)）。
二者分別由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和TCP/IP協(xié)議軟件解決。
本系統(tǒng)的軟件部分包含3個(gè)方面：快速以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序、μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)和TCP/IP協(xié)議棧軟件。

　　2 快速以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

　?、貯x88796的寄存器
　　Ax88796的寄存器映射在從基地址200H到21FH地址空間內(nèi)，共32個(gè)地址空間，因此Ax88796采取了分頁(yè)機(jī)制，各寄存器分別存放在不同寄存器頁(yè)內(nèi)。

　　對(duì)Ax88796的寄存器進(jìn)行正確的設(shè)置是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，下面是幾個(gè)重要寄存器:

　　● CR(命令寄存器):用于選擇寄存器頁(yè)，啟動(dòng)和停止網(wǎng)卡。
　　● ISR(中斷狀態(tài)寄存器):反映Ax88796當(dāng)前狀態(tài)，CPU通過(guò)讀取它判斷引起中斷的原因。
　　● DCR(數(shù)據(jù)控制寄存器):字節(jié)順序、DMA字節(jié)/字傳輸模式選擇。
　　● PSTART、PSTOP、BNRY、CPR:這四個(gè)寄存器與接收緩沖區(qū)有關(guān)。PSTART設(shè)置起始頁(yè)，PSTOP設(shè)置停止頁(yè)，這兩個(gè)寄存器設(shè)置了接收緩沖區(qū)的首尾。BNRY指示最后一個(gè)被取走的緩沖區(qū)頁(yè)，CPR指示第一個(gè)用于接收的緩沖區(qū)頁(yè)。
　　● TPSR、TBCR0、TBCR1:這三個(gè)寄存器與發(fā)送緩沖區(qū)有關(guān)。TPSR設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)的起始頁(yè)，TBCR0、TBCR1設(shè)置發(fā)送字節(jié)數(shù)。
　　● RSAR0、RSAR1、RBCR0、RBCR1:Ax88796通過(guò)遠(yuǎn)程DMA和系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，前兩個(gè)寄存器設(shè)置遠(yuǎn)程DMA的起始地址，后兩個(gè)設(shè)置遠(yuǎn)程DMA數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。

　?、诮邮者^(guò)程
　　接收數(shù)據(jù)幀的過(guò)程涉及到的寄存器主要有兩個(gè)：CPR和BNRY。CPR寄存器指向新接收到的數(shù)據(jù)幀要存放的起始頁(yè)地址，作為本地DMA的寫指針；BNRY寄存器指向還未讀取的數(shù)據(jù)幀的起始頁(yè)地址，作為遠(yuǎn)程DMA的讀指針。當(dāng)CPR追上BNRY時(shí)，表示接收緩沖區(qū)已滿，后續(xù)的數(shù)據(jù)幀將會(huì)被丟棄；當(dāng)BNRY追上CPR時(shí)，表示接收緩沖區(qū)已空。

　?、郯l(fā)送過(guò)程

圖3 發(fā)送過(guò)程

　　發(fā)送過(guò)程比較簡(jiǎn)單，發(fā)送過(guò)程的流程如圖3所示。

　　3 嵌入式多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ的移植

　　所謂移植，就是使μC/OS-Ⅱ內(nèi)核能在某個(gè)微處理器或微控制器上運(yùn)行。為了方便移植，大部分的μC/OS-Ⅱ代碼是用C語(yǔ)言寫的；但仍需要用C和匯編語(yǔ)言寫一些與處理器相關(guān)的代碼，這是因?yàn)樵谧x寫處理器寄存器時(shí)只能通過(guò)匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此要使    μC/OS-Ⅱ正常運(yùn)行，處理器必須滿足以下要求：

　　● 處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時(shí)中斷(通常在10～1kHz之間)。
　　● 使用C語(yǔ)言可以打開(kāi)和關(guān)閉處理器的中斷。
　　● 處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù)的硬件堆棧。
　　● 處理器有將堆棧指針和其他寄存器讀出和存儲(chǔ)到堆?；騼?nèi)存中的指令。

　　μC/OS-Ⅱ的移植工作主要包括兩個(gè)內(nèi)容：

　　● OS_CPU_C.C文件中的一個(gè)C語(yǔ)言函數(shù)
　　● OS_CPU_A.ASM文件中的四個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)

　　由于篇幅有限，這里就不詳細(xì)說(shuō)明這兩個(gè)文件的具體編寫了。

　　4 TCP/IP協(xié)議棧的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　?、倬W(wǎng)絡(luò)接口層模塊
　　網(wǎng)絡(luò)接口層模塊包含Ax88796設(shè)備驅(qū)動(dòng)、緩沖區(qū)管理和接口調(diào)度三方面。定義了網(wǎng)絡(luò)接口抽象模型，屏蔽了網(wǎng)絡(luò)物理細(xì)節(jié)，使上層軟件能使用相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作用于不同的物理網(wǎng)絡(luò)。

　?、贏RP模塊
　　ARP協(xié)議將上層的協(xié)議地址（IP地址）與底層的硬件地址進(jìn)行映射，從而形成了只能使用IP地址的上層軟件和只能使用物理地址的下層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間的分界線。ARP模塊處理來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)的ARP數(shù)據(jù)分組，更新和維護(hù)ARP高速緩存，并為發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)提供相應(yīng)的硬件地址綁定。

　?、跧CMP模塊
　　ICMP協(xié)議內(nèi)容比較豐富，最常用的就是PC上ping程序所實(shí)現(xiàn)的回送請(qǐng)求和回送應(yīng)答功能。本課題中，主要就是實(shí)現(xiàn)了回送應(yīng)答功能，這樣用戶可以使用PC探測(cè)DSP是否網(wǎng)絡(luò)暢通，其他功能目前暫時(shí)預(yù)留，待將來(lái)升級(jí)。

　　④IP模塊
　　IP模塊是整個(gè)協(xié)議棧的中心環(huán)節(jié)，它接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)報(bào)，同時(shí)也接收來(lái)自上層協(xié)議的輸出數(shù)據(jù)報(bào)，IP為數(shù)據(jù)報(bào)選擇路由，或者將其發(fā)往一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，或者將其交給本機(jī)的上層協(xié)議軟件（回環(huán)）。

　?、軹CP模塊
　　TCP為不可靠的IP連接提供可靠的、具有流量控制的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸。TCP模塊中包含三個(gè)關(guān)鍵過(guò)程：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出和超時(shí)重發(fā)。自適應(yīng)重發(fā)機(jī)制是TCP的核心組成部分，自適應(yīng)的修改連接的平均往返時(shí)間。

　　⑥UDP模塊
　　UDP協(xié)議提供無(wú)連接的通信，相對(duì)于TCP協(xié)議，它非常簡(jiǎn)單。雖然UDP不能保證可靠性，但是效率非常高。

　?、逽ocket接口模塊
　　Socket模塊主要是為了封裝底層協(xié)議軟件，使得用戶在DSP上開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)程序更加方便。

系統(tǒng)測(cè)試舉例

　　Internet Explorer(IE)是Windows操作系統(tǒng)內(nèi)嵌的網(wǎng)頁(yè)瀏覽器。Web(網(wǎng)頁(yè))是這個(gè)信息共享社會(huì)使用最廣泛的信息組織形式。通過(guò)往DSP軟件中添加Web服務(wù)功能，可以使本系統(tǒng)能夠更好的融入Internet之中，用戶可以通過(guò)IE瀏覽器直接對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和查看系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)。打開(kāi)IE瀏覽器，在地址欄鍵入“192.168.8.66”，即可訪問(wèn)預(yù)存在DSP系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集頁(yè)面。

結(jié)束語(yǔ)

　　測(cè)試表明本系統(tǒng)完全滿足了網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)所具備的各項(xiàng)功能，它將DSP的強(qiáng)大運(yùn)算處理能力和Internet聯(lián)系起來(lái)，使得DSP系統(tǒng)不再是“信息孤島”，能夠方便的與網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備進(jìn)行信息共享，進(jìn)一步擴(kuò)展DSP的應(yīng)用前景。