基于DSP的以太網通信接口設計方案

　　概述

　　TM1300是Philips公司推出的新一代高性能多媒體數字信號處理器芯片?；赥M1300的DSP應用系統適合于實時聲音、圖像處理，可廣泛應用于會議電視、可視電話、數字電視等應用場合。它不僅具有強大的處理能力,同時還具有非常友好的音頻和視頻以及SSI和PCI等I/O接口，因此可以根據應用的需要靈活地構造各種視頻通信系統。鑒于目前計算機網絡的普及和網上視頻業務的發展，很有必要為TM1300視頻編碼系統開發一個以太網接口以拓寬其應用范圍。開發以太網接口的一種合理思路是利用TM1300集成的PCI接口來驅動專用的以太網接口芯片。由于目前多數以太網接口芯片(如Real- tek8029，Realtek8139等)都采用PCI接口，因此，可以用PCI總線將數據從TM1300傳輸到這些專用的以太網接口芯片后，再由它們發送數據，而且TM1300可以在嵌入式操作系統pSOS中運行，同時由于系統pSOS帶有TCP/IP協議棧因此可以方便地完成編碼碼流的TCP/IP封裝。 根據以上思路筆者在進行了前期測試的基礎上進行了電路板的設計并順利完成了調試。目前這個以太網接口已經基本開發成功。本文將對這個設計的技術要點從硬件和軟件兩個方面進行詳細介紹。

　　2 TM1300及PCI總線接口

　　該系統的硬件結構框圖如圖1所示。本系統硬件設計的重點是PCI總線接口。PCI總線根據數據位的寬度有32位和64位之分,64位的數據線與32位是兼容的。PC機中常見的是32位PCI總線,它的有用引腳總數是110個,可以分成3組。第一組是基本功能信號線,包括32位共享數據地址線AD〔00..31〕、接口控制線、仲裁線、時鐘線、系統復位線、中斷線;第二組是附加功能信號線,包括錯誤報告線、cache功能支持線、JTAG邊界掃描線;第三組是電源線,包括設備耗電量標識線、3.3V電源線(12根)、5V電源線(13根)、地線(22根)。 因為Realtek8029不具備PCI的附加功能信號線所支持的cache功能和JTAG邊界掃描功能,同時雖然它具有奇偶校驗錯誤報告功能引腳,但該腳可以懸空不用。所以,設計時只需考慮第一組功能信號線的連接即可。 PCI接口的設計有以下幾個要點： (1)PCI總線的仲裁 這里先說明兩個概念。首先，PCI總線是多設備共享的，由于PC機里可以有多個PCI設備，所以需要使用仲裁器;其次，PCI設備有主設備和從設備之分，主設備可以發起PCI數據的傳送從設備只能被動地響應主設備的操作以對讀操作和寫操作做出響應。PCI的仲裁引腳是REQ和GNT，分別為請求線和授權線，而且只有PCI主設備有這兩個引腳。一般情況下，REQ通常和GNT成對地連到仲裁器，而設備與設備的REQ和GNT通常是互不相連的。 PCI總線的仲裁過程是這樣的：PCI主設備把REQ電平拉低以表示向仲裁器請求占用總線。經仲裁獲準后，仲裁器把這個設備的GNT電平拉低以表示請求獲準，此后該設備便可以使用總線了。當它不再使用總線時，應使REQ信號變為高電平仲裁器就不再給它分配總線資源。在本系統中，TM1300是PCI主設備，而Realtek8029是PCI從設備。由于它們不存在共享總線的問題，所以不需要仲裁器，而只是簡單地把REQ和GNT短接即可，這就相當于TM1300自己給自己授權。

　　(2)PCI_IDSEL信號線在設備的PCI配置讀寫中的作用 PCI有一種特殊的讀寫周期，稱為配置讀寫。這是因為在系統引導時，如果沒有給設備配置I/O或內存地址，軟件就只能通過配置來讀寫訪問設備。配置讀寫有兩種，分別稱為0型和1型具體采用哪一種取決于總線的硬件連接。配置讀寫操作不經過PCI橋時，使用0型，當需要經過PCI橋時，則要用1型，0型讀寫的地址直接就是總線上的地址，1型讀寫的地址則要經過PCI橋的譯碼才能成為最終的總線地址。本設計中，TM1300和Realtek8029是用PCI總線直連的，所以使用0型配置讀寫。 AD〔00..31〕是PCI總線的共享地址和數據線，每一次PCI傳送都分為地址周期和數據周期。在地址周期，采用0型讀寫時，AD〔00..31〕的內容如下，AD〔00〕和AD〔01〕總為“00”，因為配置讀寫是以雙字為單位的，AD〔02〕～AD〔07〕是要讀寫的PCI配置空間的寄存器號AD〔08〕～AD〔10〕是設備的功能號在一塊PCI卡上有多個功能設備時，為了進一步區分不同的設備就要用到這幾位，由于Realtek8029是單功能設備，故這幾位全為0，AD〔11〕～AD〔31〕是設備選擇位，其中必須有且僅有一位為“1”，如圖2所示，這在物理上表現為總線的AD〔11〕～AD〔31〕中有一根為高電平如果輸出高電平的這根線與某塊PCI卡的PCI IDSEL引腳相連，這塊卡就會被激活，這樣，在緊接著的數據周期中，它就會將其PCI配置空間相應寄存器中的內容放到總線上以供讀取。 (3) PCI_FRAME、PCI_DEVSEL、PCI_IRDY、PCI_TRDY引腳的處理 上述四個引腳均是低電平有效，因此需要接上拉電阻，以保證在設備未驅動該引腳時處于穩定的無效狀態，上拉電阻的阻值在1kΩ～10kΩ范圍內，阻值越小，則將該信號驅動為有效的時間越短，但太小又會導致電流過大，所以，要權衡考慮，本設計選用4.7kΩ。 上述三點對脫機情況下PCI設備的互連具有較普遍的參考意義，除此之外，本設計還有以下比較特殊的幾點： ●應將TM1300的PCI，INTA引腳配置為輸入，以便接收Realtek8029的中斷; ●PCI時鐘由TM1300提供; ●Realtek8029的復位信號也就是TM1300的復位信號，該信號由外部電路提供; ●TM1300的PCI STOP、 PCI SERR引腳懸空，表示Realtek8029不具備相應的附加功能。另外，TM1300的PCI INTB、PCI INTC、PCI INTD引腳可以用作用戶中斷。