基于C6000DSPNDK的组播网络设计与实现.doc

基于C6000 DSP NDK的组播网络设计与实现时间：2013-06-15 12:58:56 来源：电子科技 作者：董博宇，毛晓丹，刘志哲，张伟峰，王 平摘要：随着系统应用的复杂化，很多情况下需要将相同数据分发至不同的使用终端，这也促进了网络传输组播模式的应用。基于实际应用需求，以TMS320C6455芯片为核心处理平台，利用TI公司DSPC6000平台上的NDK(Net Developers Kit)开发包，对Marvell公司的88E6060(SWI TCH)芯片进行配置，实现了适用于多个终端进行组播方式网络通信的嵌入式系统设计。经过测试验证，该系统工作正常稳定，实现了百兆组播传输功能。关键词：C6000；88E6060；嵌入式系统；NDK；组播网络0 引言 嵌入式系统采用以太网接口传输数据相对于传统的串口、并口、1553B总线接口来说具有通用性强、传输速度快的特点，并且保证了较高的可靠性。TI公司在TMS320C6455(以下简称C6000系列高端的芯片中，大多提供了网络接口模块，DSP6455)就是其中典型的一款芯片。它的工作时钟可达1 GHz，片上集成以太网接口模块EMAC。结合TI公司推出的NDK(Net DevelopKit)网络资源开发包，可以大大缩短嵌入式系统中网络应用的开发周期，并且性能不逊于W5300等专业网口芯片。由于一片DSP6455只有一个EMAC接口以及MDIO管理模块，并且NDK的软件初始化只查询一个PHY口就停止，所以传统应用中，典型设计是在该DSP芯片外部接一个PHY芯片，连接一个终端设备，或者通过总线直接连接以太网专用芯片来实现点对点的网络连接。而现在越来越多的嵌入式系统应用需要连接多个终端设备进行组网，在网络中进行数据交换。本文选择利用DSP6455外接Marvell公司的SWITCH芯片(88E6060)，该芯片具备6个端口，每个端口都具备100M10M全双工的通信能力，最终实现该嵌入式系统与其他两个设备的100 MHz组播方式的网络通信。1 电路原理设计 基于TI DSP6455的片内EMACMDIO模块、片外SWITCH(88E6060)芯片及其外围电路的接口设计，可以快速实现OSI七层模型中数据链路层和物理层(MAC+PHY)的组建。DSP6455支持三种接口连接方式，MIIRMIIGMII。MII接口(Media Independent Intetface)以及RMII(Reduced Media Independent Interface)接口分别为媒体独立接口和缩减媒体独立接口，它们支持10M100M工作模式。GMII接口的全称是吉比特媒体独立接口(Gigabil Media Independent Interface)，它支持10M100M1 000M三种工作模式。因为选取的88E6060只支持百兆MIIRMII的接口方式，本设计采用MII的接口方式进行连接，信号连接框图如图1所示。 设计过程中，使用88E6060的port5作为MII接口与DSP6455的EMAC接口进行连接，port0port4可以任意使用，作为PHY对外进行连接。本设计以应用port0和port1为例进行说明，其他情况相似。配置时将88E6060的ENABLE_MII5和DISABLE_MII4管脚悬空，通过其内部上拉下拉使能port5的MII口，DSP6455通过MDIO接口对88E6060的内部PHY寄存器进行访问，通过EMAC接口发送和接收网络数据。2 NDK的配置与使用 TI公司的NDK(Net Develop Kit)开发包是基于DSPBIOS进行工作的，开发包已经集成网络开发所需函数，行使OSI七层模型中传输层、网络层和数据链路层的功能，并按网络开发所需将中断和任务进行配置。当NDK开发环境配置好之后，就可以利用传输语句进行数据的发送和接收。传统情况下，NDK只适用于对单一的PHY进行配置连接，一旦连接建立便中止查询其他的PHY是否可用。本例由于DSP6455外接一片SWIT CH芯片，理论上可以将所有能使用的PHY进行初始化并建立连接，所以需要对原有的工作流程进行改造，工作流程对比如图2所示。 改造后的NDK运行流程最重要的是实现对其他外部有效PHY的配置。配置过程需要添加MDIO控制函数来对PHY进行初始化操作。本文使用的PHY为SWITCH芯片的PHY0与PHY1口，所以需要添加对两个使用口进行初始化的语句，来完成对SWITCH芯片的配置工作，初始化代码如下： MDIO_phyRegWrite(0，0x0，0x1100)； MDIO_phyRegWrite(1，0x0，0x1100)； 在MDIO_phyRegWrite(uint phyIdx，uint phyReg，Uint16 data)函数中，参数phyIdx为所配置PHY的识别ID，参数phyReg为需要配置的寄存器序号，参数data为具体的配置值。两语句完成了SWITCH芯片PHY0与PHY1口的控制寄存器的初始化操作，使这两个PHY接口处于激活状态，如果外部出现网络连接请求，便会进行连接。同时通过MDIO_phyRegRead(uint phyIdx，uint phyReg，Uint16*pdata)函数来查询PHY的工作状态，如果一段时间仍未连接上，就转入配置流程，进行重新配置。具体PHY寄存器的地址以及位置信息参照88E6060的数据手册。3 组播传输的配置实现 组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)发送相同的数据包到多个接收者(一次的，同时的)的网络技术。组播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的成员才能接收到数据包。组播可以大大的节省网络带宽，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。组播的使用提高了主干网络的数据传送效率。组播工作方式如图3所示。 组播的实现主要有两个条件：主机的网络接口支持组播(支持IP地址与MAC地址的转换)；有一套用于加入、离开、查询的组管理协议，即IGMIP，这两个条件NDK都进行了支持。以该嵌入式系统应用为例，在NDK中进行组播传输配置步骤如下： (1)加入组IGMPJoinHostGroup(inet_addr(McSend Addr)，1)；这里的McSendAddr为DSP6455使用的IP地址，本语句是将这个IP地址加入到组播组中。 (2)创建新的传输socket，协议为UDP传输协议。 SOCKET send=INVALID_SOCKET； send = socket (AF_INET， SOCK_DGRAM， IPPRO TO_UDP)； (3)设定传输地址配置结构体 soutl为发送地址配置的结构体，BrSendPort为发送的端口号，BrSendAddr为发送的组播地址，IPv4中组播分配的地址范围为2240 00 239255255255，即D类保留地址，可以从中选择任意值配置。 (4)绑定发送socket与地址配置结构体 bind(send，(PSA)&soutl，sizeof(sourl)； (5)准备好数据后发送 sentCnt=sendto(send， (void*)source，num，0，&soutl，sizeof(sout1)； 经过上述步骤的配置，就可以根据应用需求，将嵌入式系统中需要外传数据通过组播网络传输出去。4 测试结果与结论 本文设计嵌入式系统在工作时，同时与另外两台PC终端通过网线进行连接，实验连接示意图如图4所示。嵌入式系统配置为本地IP：19216803，组播发送地址IP：239113，终端1配置为本地IP：19216806，终端2配置为本地IP：19216807。 通过CCS33调用程序加载并运行，在终端1与终端2观察本地连接均连接成功，在终端1对嵌入式系统与终端2进行ping操作，显示为通路；在终端2对嵌入式系统与终端1进行ping操作，显示为通路，证明网络设备之间点点联通，具备组播网络传输条件。 嵌入式系统采集数据后，通过以太网以组播方式传输至终端1与终端2，利用VC+编写的软件，在239113的组播地址中正确接收到发送数据。 嵌入式系统准备好数据后进行循环发送，在终端1与终端2运行Ethreal软件进行检测，传输速率平均达到121 MBs，满足百兆以太网传输速率。5 结语 本设计创新使用DSP6455外接SWITCH芯片的连接方式，通过对NDK软件配置流程的重新设计，在嵌入式