【正文】 式系統(tǒng)市場的發(fā)展速度卻正在加快的現(xiàn)在，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的應(yīng)用已超過整個計(jì)算機(jī)應(yīng)用的 40%。 以 DSP 為核心的嵌入式系統(tǒng)市場這幾年發(fā)展一直很快。因此基于 DSP 和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及實(shí)現(xiàn)有了很廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。而網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是 DSP技術(shù)的應(yīng)用，可以大大降低這方面的成本。所以設(shè)計(jì)一個 基于 DSP和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 是非常有實(shí)際的意義的。使用 C 語言在 DSP 開發(fā)環(huán)境下編寫程序?qū)崿F(xiàn)經(jīng)過選擇優(yōu)化的 TCP/IP 協(xié)議。由于 DSP 系統(tǒng)硬件以及以太網(wǎng)協(xié)議的復(fù)雜性，本系統(tǒng)中的軟件編程是一個難點(diǎn)。下面對解決方案做簡要的介紹。而 DSP 的初始化主要就是對其各種資源進(jìn)行初始化，以實(shí)現(xiàn)資源的利用。因此對于 TCP/IP協(xié)議簇的認(rèn)識和編程，對設(shè)計(jì)具有重要的意義 以太網(wǎng)接口驅(qū)動： 以太網(wǎng)接口驅(qū)動的開發(fā)包括 RTL8019AS的初始化對 RTL8019AS內(nèi)部緩存區(qū)的讀寫操作兩個方面。 RTL8019AS工作流程非常簡單，控制程序?qū)⒁l(fā)送的數(shù)據(jù)包按指定格式寫入芯片并啟動發(fā)送命令， RTL8019AS會自動把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成物理幀格式在物理信道上傳輸。為設(shè)計(jì)能夠運(yùn)用到各個領(lǐng)域創(chuàng)造了條件。各國信息界仁都在密切關(guān)注并積極研究電子設(shè)備與 Inter 的連接問題。 本章小結(jié) 在本章中，主紹介紹了基于 DSP 和以太網(wǎng) 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)的背景和依據(jù)，同時(shí)結(jié)合設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義及設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題做了一些簡單分析，從而提出 了簡要的解決方案。 概述 引言 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ) ,特別是 TCP/IP 協(xié)議簇已 成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)間最常用的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，是全球互聯(lián)網(wǎng) (Inter)的基礎(chǔ)。不同的協(xié)議簇就有不同 的層次劃分， 我們這次設(shè)計(jì)采用 TCP/IP協(xié)議簇 。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是將在網(wǎng)絡(luò)層交下來的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)組裝成幀，在兩個相鄰接點(diǎn)間的鏈路上傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)。在 TCP/IP 協(xié)議簇中，網(wǎng)絡(luò)層協(xié) 議包 IP 協(xié)議 (網(wǎng)際協(xié)議 )， ICMP 協(xié)議等。 TCP 為兩臺主機(jī)提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信。它只是把稱作數(shù)據(jù)報(bào)的分組從一臺主機(jī)發(fā)送 到另一臺主機(jī)，但并不保證該數(shù)據(jù)報(bào)能到達(dá)另一端。負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié)。 在 ARP 背后有一個基本概念，那就是網(wǎng)絡(luò)接口有一個硬件地址 (一個 48 bit 的值，標(biāo)識不同的 Ether 或令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)接口 )。內(nèi)核 (如 Ether 驅(qū)動程序 )必須知道目的端的硬件地址才能發(fā)送數(shù)據(jù)。對于指定地址的接口而言，要求通知其 MAC地址。 網(wǎng) 際協(xié)議 (IP) 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 7 IP 是 TCP/IP 協(xié)議簇中最為核心的協(xié)議。新的協(xié)議版本號為 Ipv6，但還沒有廣泛使用。 服務(wù)類型字段：包括一個 3bit的優(yōu)先權(quán)子字段，現(xiàn)在已被忽略， 4bit的 TOS子字段和 1 bit未用位，但必須置 0， 4bit的 TOS分別代表：最小時(shí)延、最大吞吐量、最高可靠性和最小費(fèi)用， 4 bit中只能置其中 1 bit，如果所有 4 bit均為 0，那么就意味著是一般服務(wù)，現(xiàn)在大多數(shù)的 TCP/IP實(shí)現(xiàn)都不支持 TOS特性。由 于該字段長 16比特，所以 IP數(shù)據(jù)報(bào)最長可達(dá) 65535字節(jié)。所以，在系統(tǒng)中不必考慮數(shù)據(jù)報(bào)的分片與重組。 1表示為ICMP協(xié)議， 2表示為 IGMP協(xié)議， 6表示為 TCP協(xié)議， 17表示為 UDP協(xié)議。但是不生成差錯報(bào)文，由上層去發(fā)現(xiàn)丟失的數(shù)據(jù)報(bào)并進(jìn)行重傳。 發(fā)送數(shù)據(jù)前，程序?qū)⒏邔訁f(xié)議傳遞過來的數(shù)據(jù)包封裝成 IP報(bào)文。不可靠的就是它不保證 IP數(shù)據(jù)報(bào)能成功地到達(dá)目的地。它傳遞差錯報(bào)文以及其他 需要注意 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 的信息。所有報(bào)文的前 4 個字節(jié)都是一樣的，但是剩下的其他字節(jié)則互不相同。這樣，接收 ICMP 差錯報(bào)文的模塊就會把它與某個特定的協(xié)議 (根據(jù) I P 數(shù)據(jù)報(bào)首部中的協(xié)議字段來判斷 )和用戶進(jìn)程 (根據(jù)包含在 IP數(shù)據(jù)報(bào)前 8 個字節(jié)中的 TCP 或 UDP 報(bào)文首部中的 TCP 或 UDP 端口號來判斷 )聯(lián)系起來。應(yīng)用程序必須關(guān)心 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的長度。偽首部包含 IP 首部一些字段。 UDP 首部和偽首部結(jié)構(gòu)如圖 23 所示： 圖 23 UDP 首部和偽首部結(jié)構(gòu) UDP長度字段指的是 UDP首部和 UDP數(shù)據(jù)的字節(jié)總長度。 校驗(yàn)和字段：在 IP首部中的校驗(yàn)和字段僅僅是對 IP首部的校驗(yàn)和，而 UDP中的校驗(yàn)和字段校驗(yàn)對象包括對偽首部、 UDP首部和用戶數(shù)據(jù)。如果校驗(yàn)和正確，說明 UDP數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)了正確主機(jī)上的正確端口。在當(dāng)今社會，在不需要使用 PC 機(jī)或高檔單板機(jī)的情況下接入互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為了一種趨勢，本設(shè)計(jì)很好的適應(yīng)了市 場的發(fā)展。 TMS320C5509A TMS320C5509A 是 TI 公司開發(fā)的 TMS320C5000 系列DSP 芯片的其中一款，它具有低功耗、高性能的特點(diǎn)。 DSP 模塊是整個電 路的核心，數(shù)據(jù)的處理需要通過 DSP 處理，尤其是協(xié)議軟件都是通過 DSP 運(yùn)行的；其他模塊的運(yùn)行也需要 DSP 進(jìn)行控制，從而使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地工作 [2]。 AD轉(zhuǎn)換模塊的介紹 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 12 因?yàn)?TMS320VC5509A芯片有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所以在這里就不在對專業(yè)的芯片進(jìn)行介紹了，僅就 TMS320VC5509A芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊做一些介紹，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的特性有： （ １ ） 帶內(nèi)置采樣和保持的 10位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 ADC，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500ns,最大采樣率為 。 （ ３ ） 轉(zhuǎn)換結(jié)束，設(shè)置標(biāo)志。全二重功能能夠模擬傳播和接在雙絞線到全二重以太網(wǎng)交換機(jī)。為了提供完全解決即插即用， RTL8019AS在集成 10BASET收發(fā)器， BNC,和 AUI 接口之間的自動檢測功能。 此外， BROM的無用命令被用來釋放 BROM內(nèi)存空間。 在硬件系統(tǒng)中， TMS320C5509指令執(zhí)行速度有較高的速度，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，而且還為以后的升級和功能擴(kuò)展奠定了基礎(chǔ) [13]。 因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式一般為 16位，或者長度是 16的倍數(shù)，所以在選擇協(xié)議控制芯片和網(wǎng)絡(luò)接口芯片時(shí)，應(yīng)該選擇可以以 16位模式進(jìn)行數(shù)據(jù)操作的芯片。 當(dāng)然， 基于 DSP和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ‖方案所選用硬件不僅要滿足上述要DSP RAM 2EPROM 電 源 以太網(wǎng)控制器 以太網(wǎng)接口 AD 轉(zhuǎn)換芯片 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 求，還需要結(jié)合系統(tǒng)的高可靠性、模塊的配合程度以及軟件平臺的選擇等方面綜合考慮后，進(jìn)行選擇。因此選擇 C5509A芯片不僅能夠滿足設(shè)計(jì)的要求，而且能夠在這個設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展功能，有利于產(chǎn)品的優(yōu)化升級，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的長足發(fā)展。支持 8位或 16位數(shù)據(jù)總線 。至于 E2PROM主要用來存存儲網(wǎng)絡(luò)接口芯片的配置信息、 WEB頁面、數(shù)據(jù)文件、文檔等內(nèi)容，因此沒有特殊要求，可由用戶自由選擇。該技術(shù)方案最大的特點(diǎn)在于 :用簡潔硬件構(gòu)架應(yīng)用平臺，使原本硬件成本所需的支出可用于相對復(fù)雜的軟件開發(fā)上， 而且 該方案的 I/0接口可以自由擴(kuò)展和支配。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 第 4 章 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 本章主要 介紹 RTL8019AS的編 程和 DSP端軟件編寫，以及 基于 VB的 PC機(jī)端與DSP的網(wǎng)絡(luò)通信程序。 CCS是 TI公司開發(fā)的專門用于 TMS320系列 DSP軟件設(shè)計(jì)的集成開發(fā)環(huán)境，CCS提供了圖形化的編輯、編譯，匯編、連接和調(diào)試環(huán)境以及友好的用戶界面，通過安裝不同的編譯庫， CCS可以用于支持不同系列的 DSP，此外， CCS還集成了ANSIC的全部編譯支持和大部分 C++編譯支持，需要注意的是，面向 DSP C/C++程序設(shè)計(jì)更注重效率，所以，不一定非要使用 C++來展示編程能力，在需要的情況下可以采用匯編來完成設(shè)計(jì)的需要，這樣能夠最大程度的應(yīng)用 DSP的資源，優(yōu)化程序設(shè)計(jì)。 CCS是代碼產(chǎn)生工具和代碼調(diào)試工具的簡單集成，已提供了實(shí)時(shí)分析和數(shù)據(jù)可視化的功能， CCS的實(shí)時(shí)分析和數(shù)據(jù)可視化功能是建立在 DSP/BIOS和 RTDX技術(shù)基礎(chǔ)上的。 VB 的 通信程序 設(shè)計(jì) VB 的 Winsock 控件簡介 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 現(xiàn)在， 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域 ,其中最為突出的便是以 TCP/IP 協(xié)議為核心的 INTERNET 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展最為迅速。 Winsock 即 windows socket，是 Microsoft Windows 提供的網(wǎng)絡(luò)編程接口控件，它提供了基于 TCP/IP 協(xié)議的程序接口實(shí)現(xiàn)方法。 VB 的 Winsock 控件功能強(qiáng)大應(yīng)用簡單，在現(xiàn)代通信編程中有廣泛的應(yīng)用，有極好的發(fā)展前景 [5]。這里的 localHostName、 localIp、 LocalPort 構(gòu)成本地的網(wǎng)絡(luò)地址，而 RemoteHost、RemoteHostIP、 RemotePort 構(gòu)成遠(yuǎn)程主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的地址。例如控件的部分方法 Accept 僅用于 TCP 服務(wù)器應(yīng)用程序中用來接受新的連接， Bind 用來指定用于 TCP 連接的 localPort 和 localIP， Close 用于關(guān)閉 TCP 連接或偵聽套接字，GetData 用來 獲取當(dāng)前的數(shù)據(jù)塊并將其存儲在變體類型的變量中， Listen 用于創(chuàng)建套接字并將其設(shè)置為偵聽模式但僅適用于 TCP 連接， SendData 用來將數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。 程序需要解決的主要問題 利用 VB 我們可以編寫一個局域網(wǎng)通信程序。 UDP 協(xié)議也稱為用戶數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議，是一個無連接協(xié)議，就是說利用此協(xié)議連接時(shí)，不必象 TCP 協(xié)議那樣：需要服務(wù)器端偵聽，客戶機(jī)端請求連接，服務(wù)器端建立連接后雙方才能通信。 圖 41 軟件生成的界面 通信程序的主要代碼及作用 利用 VB的 Winsock控件來編寫基于 TCP或 UDP協(xié)議的控制程序完成網(wǎng)絡(luò)信，一般情況下， VB工具箱中沒有 Winsock控件，但可以在菜單 ―工程 ‖中選擇 ―部件 ‖，然后在部件 對話框中選擇 ―Microsoft Winsock Control 6. 0‖選項(xiàng) ,然后點(diǎn)擊確定按鈕Winsock 控件便出現(xiàn)在工具箱中。接受 DSP 傳來的數(shù)據(jù) End Sub 上面的程序只是所要編寫程序的主要部分，要想正真的完善程序還需要根據(jù)要求來增加程序和補(bǔ)充功能。 我們對 RTL8019AS芯片 進(jìn)行編程和應(yīng)用，就必須對其 內(nèi)部特點(diǎn) 有所了解和認(rèn)識。 在本畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)際上只使用了上面地址中的 18個有用地址： 00H—0FH 共16 個寄存器地址。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 以 RTL8019AS芯片作為網(wǎng)絡(luò)控制芯片，我們需要了解和認(rèn)識以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸幀格式，而以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸幀格式及其具體作用如表 41所示 。如果為 FFFFFFFFFFFF，則是廣播地址，廣播地址的數(shù)據(jù)可以被任何網(wǎng)卡接收到。 —DATA：數(shù)據(jù)段 ，該段數(shù)據(jù)不能超過 1500 字節(jié)。為 32 位的 CRC 校驗(yàn)。 —RS：接收狀態(tài)位，反映 RTL8019AS接收狀態(tài)寄存器 RSR值。遠(yuǎn)程 DMA完成主處理器和網(wǎng)卡內(nèi)部緩沖區(qū)數(shù)據(jù)交換；本地 DMA完成緩沖區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)送