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        基于DSP6678實現(xiàn)多任務(wù)以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸

        2017-02-06 23:54:39王謙田歡
        無線互聯(lián)科技 2016年14期

        王謙+田歡

        摘要:文章基于DSP TMS320C6678和SYS/BIOS系統(tǒng)實現(xiàn)多進程以太網(wǎng)絡(luò)收發(fā)功能。文章首先介紹了TMS320C6678的特性和架構(gòu),實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)所需要的軟件環(huán)境:CCS V5,SYS/BIOS 6和NDK,最后重點介紹多任務(wù)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法。

        關(guān)鍵詞:DSP6678;以太網(wǎng);SYS/BIOS;NDK;UDP

        在某型號雷達系統(tǒng)中信號處理板與多個分系統(tǒng)進行通信采用以太網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸,一般信處板上的可編程器件如DSP或者FPGA不易實現(xiàn)這種多線程功能,傳統(tǒng)的解決方法是另配一個單板機來完成此功能。這種方法缺點有2個:一是提高了近1倍的硬件成本;二是增加了系統(tǒng)復(fù)雜程度,降低了可調(diào)試性和可靠度。在本方案中使用TI公司最新推出的DSP處理器TMS320C6678,通過使用實時操作系統(tǒng)SYS/BIOS 6和TI網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具(NDK)可以很方便地實現(xiàn)多任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)通信功能,同時,作為新一代的多核DSP處理器,可以僅使用一個核來專門完成網(wǎng)絡(luò)功能,而不影響其他的核完成信號處理功能。

        1器件架構(gòu)

        DSP TMS320C6678是一款超高性能支持定點和浮點運算的DSP處理器,它基于Ti公司的KeyStone多核架構(gòu),工作時鐘最高能達到1.25GHz。該DSP擁有8個獨立的具有全處理功能的核(Core),每個核內(nèi)包括的一級程序存儲器(L1P)32KB和一級數(shù)據(jù)存儲器(L2D)32KB以及512KB的二級緩存(SL2)。除此之外的8個核心共享4096KB的共享內(nèi)部存儲器(MSM)和最多配至2GB的外部DDR3存儲器。整個芯片提供320G MAC定點計算或者160GFLOP浮點計算能力,與此同時,還具有豐富的外設(shè)接口,包括SerialRapidlO,PCIe,HyperLink,Gigabit Ethernet,EMIF,12C等接口用于數(shù)據(jù)傳輸。作為Ti公司新一代主推的DSP,對多核的支持與運算能力的提高,使其能更好地實現(xiàn)復(fù)雜的并行運算能力,在未來高速信號處理應(yīng)用中具有廣泛的前景。

        網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器(NETCP)是一個主要處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的硬件加速器。它具有2個千兆網(wǎng)絡(luò)模塊(GbE)用來收發(fā)符合IEEE 802.3協(xié)議的以太網(wǎng)數(shù)據(jù),1個包加速器(PA)模塊用來完成一些傳統(tǒng)的操作例如字頭匹配、包修正等功能,還有1個安全加速器(SA)用來對數(shù)據(jù)包加密。NETCP可以從以太網(wǎng)接收數(shù)據(jù),也可以通過包DMA(PKTDMA)方式從DSP或其他外設(shè)傳遞包數(shù)據(jù)。NETCP功能模塊如圖1所示。

        2軟件開發(fā)環(huán)境

        SYS/BIOS是一款實時多線程操作系統(tǒng)。它的所有功能模塊都可以選擇加載以獲得最小的內(nèi)存和CPU開銷。為了應(yīng)對不同的應(yīng)用,該系統(tǒng)提供了硬件中斷、軟件中斷、任務(wù)和空閑4種類型的線程,可以根據(jù)需要的優(yōu)先級和允許阻塞情況來使用這些線程類型。該系統(tǒng)可以很好地支持C/C++語言。

        NDK是用來在KeyStone設(shè)備上實現(xiàn)以太網(wǎng)程序的一個開發(fā)平臺,其運行基于SYS/BIOS實時操作系統(tǒng)。它包括了所有以太網(wǎng)開發(fā)需要的硬件驅(qū)動和用戶接口(Socket),以及各層協(xié)議實現(xiàn):應(yīng)用層HTTP,DNS;傳輸層UDP,TCP;網(wǎng)絡(luò)層IP,ICMP;數(shù)據(jù)鏈路層PPP,PPPOE等。

        CCS V5.x是新一代的TI DSP開發(fā)環(huán)境,基于開源軟件WorkBench設(shè)計。對DSP進行代碼編譯,在線調(diào)試均可以在CCS環(huán)境內(nèi)完成。在編寫代碼前首先要進行工程配置,加載SYS/BIOS和NDK,以及對其必需的模塊進行選擇加載,對內(nèi)存分配進行管理,設(shè)置主進程和中斷。

        3軟件架構(gòu)及實現(xiàn)

        在本方案中要通過交換機實現(xiàn)對多個終端的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸,每個終端具有不同的IP地址和端口號。按照終端的類型收發(fā)需求和傳輸協(xié)議可以將網(wǎng)絡(luò)套接字(Socket)分為3類:(1)按照UDP協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)。(2)按照組播協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)。(3)按照UDP協(xié)議接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。每一種終端類型需要對Socket進行不同的配置,并且每個Socket能獨占一個進程以致相互之間不受影響。由于一些器件的初始化程序只能在Core0上完成,所以使用Core0作為專門的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理核,Core0與其他核進行數(shù)據(jù)交換在約定的公共存儲區(qū)上完成。由于項目對網(wǎng)絡(luò)實時性要求不嚴格,故數(shù)據(jù)收發(fā)能采用循環(huán)查詢的方式進行?;谝陨弦笤O(shè)計了如圖2所示的軟件實現(xiàn)流程。

        在NDK中通過函數(shù)DaemonNew()建立Socket進程,在該函數(shù)中定義了Socket類型、端口號和觸發(fā)函數(shù)。當后臺程序接收到對應(yīng)端口號的IP包后,會執(zhí)行一次觸發(fā)函數(shù)。對于只進行發(fā)送的Socket(1類、2類),由于不會接收任何IP包,也就不會進入到觸發(fā)函數(shù)。為了解決這個問題,只能借用具有接收數(shù)據(jù)的Socket(3類)來完成觸發(fā)動作?;诖嗽O(shè)計了如圖3所示的實現(xiàn)方案。

        Socket3進程建立后即處于等待接收狀態(tài),當?shù)谝淮问盏酵獠縄P數(shù)據(jù)包輸入的時候,除了完成自身的發(fā)送任務(wù)之外,向其他Socket分別發(fā)送一包內(nèi)容為空的數(shù)據(jù),使之打開任務(wù)進程。Socket1和Socket2在進程中通過循環(huán)等待發(fā)送許可的方式進行數(shù)據(jù)發(fā)送,需要注意的是每次循環(huán)中需要插入一個Task sleep語句以保證該進程對CPU資源有一定的釋放時間,用以保證其他進程的運行。

        通過運行試驗,該實現(xiàn)方法能初步滿足項目的設(shè)計要求,但是由于對新器件的使用還處于初始階段,后期運行的穩(wěn)定性及誤碼率等指標還有待進一步試驗測試。

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