（通信与信息系统专业论文）基于adspbf548的网络媒体下载客户端设计.pdf

摘要 摘要 嵌入式数字音视频产品是现代生活中不可或缺的时尚元素。近年来，随着 计算机技术、通信技术的飞速发展，特别是互联网的迅速普及和3 c ( 计算机、 通信、消费类电子) 合一的加速，微型化和多元化成为嵌入式数字音视频产品发 展的新趋势。 随着数字高清电视机的广泛使用，人们希望利用电视机即可观看高质量的 网络视频资源，网络媒体硬盘播放器就是能够满足上述需求的新概念数字音视 频播放系统，该系统不但可以使用电视机播放内置或外置大容量存储器中的高 清音视频文件，而且可以通过网络下载媒体文件。嵌入了网络媒体下载客户端 的音视频播放器产品具有节约资源和使用便捷的优点。 本论文提出了一种基于a d s p b f 5 4 8 处理器的网络媒体下载客户端解决方 案。该嵌入式网络媒体下载客户端基于网络媒体硬盘播放器产品，采用 b i t t o r r e n t 协议实现。 本论文首先介绍了网络媒体硬盘播放器的概念与功能，阐述了嵌入式网络 媒体下载客户端的意义及发展趋势；接着给出了网络媒体下载客户端硬件设计 方案；然后，实现了嵌入式操作系统u c l i n u x 的移植和网络驱动程序的移植与 测试；接下来，详细地分析了网络媒体下载客户端所采用的b i t t o r r e n t 协议； 最后，实现了高性能的嵌入式b i t t o r r e n t 网络下载客户端软件d m t o r r e n t ，并对 其功能和性能进行了测试。 关键词：网络下载；a d s p b f 5 4 8 ；u c l i n u x ；d m 9 0 0 0 a ；b i t t o r r e n t a b s t r a c t a bs t r a c t e m b e d d e dd i g i t a la u d i oa n dv i d e op r o d u c ti so n eo ft h ei m p o r t a n ta n d f a s h i o n a b l ee l e m e n t si nm o d e ml i f e i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f c o m p u t e rt e c h n o l o g y a n dc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , e s p e c i a l l y t h e r a p i d p o p u l a r i z a t i o no fi n t e m e ta n dt h ei n t e g r a t i o no f3 c ( c o m p u t e r , c o m m u n i c a t e ， c o n s u m ee l e c t r i c ) ，m i c r o m a t i o na n dd i v e r s i f i c a t i o na r eb e c o m i n gt h en e wt r e n do f t h ed e v e l o p m e n to fe m b e d d e dd i g i t a la u d i oa n dv i d e op r o d u c t w i t ht h ew i d e l yu s eo fd i g i t a lh i g hd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ，p e o p l eh o p et ow a t c h t h eh i g hq u a l i t yn e t w o r kv i d e or e s o u r c e so nt v , n e t w o r km e d i ah a r dd i s kp l a y e ri s j u s tan e wc o n c e p td i g i t a la u d i oa n dv i d e op l a y i n gs y s t e mw h i c hc a ns a t i s f ya b o v e r e q u i r e m e n t s t h i ss y s t e mc a np l a yt h ea u d i oa n d v i d e of i l e sw h i c ho nt h ei n n e rs e t o re x t e r n a ls t o r a g ed e v i c ea n dc a nd o w n l o a dm e d i af i l e sf r o mi n t e m e t t h ea u d i o a n dv i d e op l a y e rp r o d u c tw i t hn e t w o r km e d i ad o w n l o a dc l i e n th a sm a n ya d v a n t a g e s ， s u c ha ss a v i n gr e s o u r c e sa n df l e x i b l eu s e t h i sp a p e rp r e s e n t e das o l u t i o no fn e t w o r km e d i ad o w n l o a dc l i e n tb a s e do n a d s p b f 5 4 8 t h ee m b e d d e dn e t w o r km e d i ad o w n l o a dc l i e n tb a s e do nt h en e t w o r k m e d i ah a r dd i s kp l a y e rp r o d u c ta n da d o p t e db i t t o r r e n tp r o t o c 0 1 a tf i r s t ，t h ec o n c e p ta n df u n c t i o no fn e t w o r km e d i ah a r dd i s kp l a y e rw a s i n t r o d u c e da n dt h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n tt r e n do fe m b e d d e dn e t w o r k m e d i ad o w n l o a dc l i e n tw a se x p o u n d e d s e c o n d l y ，t h i sp a p e rg a v et h eh a r d w a r e d e s i g ns c h e m eo ft h en e t w o r km e d i ad o w n l o a dc l i e n t a n dt h e nt h eu c l i n u x o p e r a t i o ns y s t e mw a st r a n s p l a n t e do n t ot h ea d s p - b f 5 4 8a n dt h en e t w o r ki n t e r f a c e d r i v e rw a st r a n s p l a n t e da n dt e s t e d a f t e r w a r d ，t h eb i t t o r r e n tp r o t o c o la d o p t e db y n e t w o r km e d i ad o w n l o a dc l i e n tw a sa n a l y z e di nd e t a i l f i n a l l y , ah i g hp e r f o r m a n c e e m b e d d e db i t t o r r e n tn e t w o r kd o w n l o a dc l i e n ts o f t w a r ed m t o r r e n tw a sr e a l i z e d ，a n d t h ef u n c t i o na n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h ed m t o r r e n td o w n l o a dc l i e n tw a st e s t e d k e y w o r d s ：n e t w o r kd o w n l o a d ，a d s p b f 5 4 8 ，u c l i n u x ，d m 9 0 0 0 a ，b i t t o r r e n t - i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 日期： 弘 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名： 日期：掣 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究背景和意义 嵌入式系统是由计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图 象数据传输技术、传感器技术等多种学科交叉结合后的系统平台。嵌入式技术最 初应用于仪器仪表、医疗设备、机器人等工业控制领域，随着半导体技术的发展， 出现了各种应用于消费类电子产品的集成电路处理器，使得嵌入式技术大规模应 用到通信和消费类电子产品中【i j 。目前，市场上的手机、手持多媒体终端、数字 电视机顶盒等都是嵌入式消费类电子产品。 计算机多媒体技术的成熟与计算机网络技术的发展使得开发基于计算机网 络技术和多媒体应用的网络化多媒体播放系统成为嵌入式系统发展的主要方向 之一。随着数字高清电视机的广泛使用，人们希望在家中利用电视机即可观看高 质量的网络视频资源。近年来，我国数字高清电视机行业迅猛发展，电视机接口 从原来的a vi n 发展到今天的a vi n 、a vo u t 、s v i d e o 、v g a 、y u v 、h d m i ， 但是与数字高清电视机配套的播放器类产品的研发与生产明显滞后，尤其是带有 h d m i 高清输出接口的产品1 2 j 。便携式媒体播放器一般不具有与电视机连接的高 清输出接口，也不能挂载其他存储设备，存储空间非常有限。而i p t v 网络播放 系统是网络视频点播的流媒体播放系统，一般无存储功能，点播的内容经常不能 满足客户的需求，而且在网络繁忙的时候不能保证播放高码率视频所需的带宽。 硬盘播放器是近两年出现的一种播放器产品，该产品可以把电脑硬盘、移动 硬盘、s d 卡、u 盘等储存设备里的电影、音乐、图片等媒体文件在电视机等显 示设备上播放。硬盘播放器外观上形似d v d 播放机，但是不能播放光碟，而是 将需要播放的文件储存在内置或外置的存储器中。硬盘播放器的存储容量和体积 一般比便携式媒体播放器大。硬盘播放器支持的音视频格式非常广泛，包括网络 上流行的r m 、r m v b 格式的音视频文件。与传统的d v d 影碟机相比，硬盘播 放器不会因为频繁播放碟片而使激光头损坏【3 j ，使用寿命相对较长。 网络媒体硬盘播放器是全新概念的家庭音视频播放产品。该产品不但具有硬 盘播放器的功能，还具有网络下载功能。用户可以选择内置或外置存储设备上的 音视频文件通过音视频输出接口在电视上进行播放，播放时不受网络带宽的限 制。网络媒体硬盘播放器不再像便携式媒体播放器那样受到存储空间的限制，也 不像传统的d v d 播放机那样受片源的限制，它可以直接通过网络下载音视频文 件，也可直接读取u s b 存储设备中的音视频文件进行播放，还可以通过网络直 北京工业大学丁学硕十学位论文 接访问其他计算机上的音视频文件。在解码能力上，网络媒体硬盘播放器支持 m p 3 、 m p e g 2 、 m p e g 4 、 a v s 、r m 、h 2 6 4 、h 2 6 3 等编码格式。 网络媒体硬盘播放器产品除了可以播放音视频文件，还是一个独立的网络下 载客户端设备。嵌入式音视频产品中嵌入网络下载软件具有重要的意义。首先， 用户在下载网络多媒体文件时不必开启个人计算机，这样就节约了能源。其次， 由于嵌入式网络媒体下载客户端是基于嵌入式硬盘播放器产品的，所以使用嵌入 式网络媒体下载客户端下载媒体文件后可以直接在电视机上播放，不必进行文件 的转移，增加了使用的灵活性。节约能源和使用便捷的优势使得为媒体播放器产 品增加网络下载功能成为嵌入式音视频播放产品发展的新趋势。 1 2 课题现状及发展 目前，a p p l e 公司已经推出了既可以播放高清片源的又可以通过网络下载音 视频文件的b t 硬盘播放器。在国内，也有海尔、灿凌等相应功能的产品问世。 业界将具备网络下载功能的硬盘播放器产品称为网络媒体硬盘播放器或s d v d 。 由于b i t t o r r e n t 协议在使用便捷和下载性能方面的优势，大多数网络媒体硬盘播 放器的网络下载客户端都采用该协议。 但是，由于网络下载功能一般作为网络媒体硬盘播放器的附加功能，所以在 软件实现上一般采用开源代码，其中的许多开源代码对b i t t o r r e n t 协议的支持不 够完整，采用的下载算法策略相对简单，其性能往往不能达到用户的要求，不能 体现出p 2 p 网络下载的优点。本课题实现的网络媒体下载客户端在软件上没有采 用开源代码，而是参考b i t t o r r e n t 协议实现了高性能的网络媒体下载客户端软件。 本课题所实现的网络媒体下载客户端在硬件架构上是基于网络媒体硬盘播 放器产品的。目前，国内外出现的音视频播放器产品在硬件架构上延续了双核道 路，即一个处理器用于运行播放器所需的软件操作系统，另一个处理器或硬件编 解码芯片用于音视频编解码。从音视频编解码的最终效果看，类似s i g m a d e s i g n se m 8 5 1 1 s e m 8 5 6 l s 4 1 这样的硬件编解码芯片能达到最好的效果，但在 可升级性方面，使用硬解压芯片的播放器类产品没有很好的延续性。随着嵌入式 处理器主频的不断提升与接口的不断丰富，完全通过软件方式完成音视频编解码 功能，并通过升级插件支持不断出现的新音视频格式已成为媒体播放器架构的发 展方向。 b l a c k f i n 处理器是a d i 公司推出的1 6 3 2 位d s p 处理器【5 j ，该系列处理器能 够满足当今嵌入式音频、视频和通信应用对计算能力和功耗的严格要求。a d i 公司的b l a c k f i n 系列处理器基于a d i 公司与i n t e l 公司联合开发的微信号结构 ( m s a ) ，兼备一个3 2 位r i s c 指令集和通用微控制器。其动态电源管理允许 第1 章绪论 按照应用控制要求同时调整工作频率和电压，因而实现了具有突破性的低功耗性 能。由于所有b l a c k f i n 处理器的代码具有兼容性，所以全部系列的b l a c k f i n 处理 器都具有设计可移植性。 本课题根据当前市场现状，以基于a d s p b f 5 4 8 处理器的网络媒体硬盘播放 器为产品背景。研究了基于a d s p b f 5 4 8 处理器的网络媒体下载客户端的软硬件 实现方法。 1 3 论文所做的工作及论文结构 1 3 1 论文所做的工作 本论文研究设计了基于a d s p b f 5 4 8 处理器的嵌入式网络媒体下载客户端， 即在网络媒体硬盘播放器硬件平台和软件架构的基础上完成了网络下载模块的 设计与开发。本论文所做的工作主要有以下几个方面：首先，介绍了网络媒体硬 盘播放器的概念与功能，阐述了嵌入式网络媒体下载客户端的意义及发展趋势； 接着给出了网络媒体下载客户端硬件设计方案；然后，实现了嵌入式操作系统 u c l i n u x 的移植和网络驱动程序的移植与测试；接下来详细地分析了网络媒体下 载客户端所采用的b i t t o r r e n t 协议；最后，实现了高性能的嵌入式b i t t o r r e n t 网 络下载客户端软件d m t o r r e n t ，并对其功能和性能进行了测试。 1 3 2 论文结构 本论文共分为五章，各章的组织结构如下： 第一章绪论；主要介绍了课题的研究背景及意义，包括网络媒体硬盘播放 器的概念与功能、嵌入式网络媒体下载客户端的现状及未来发展趋势。接着说明 了本论文的工作内容与组织结构。 第二章网络媒体下载客户端硬件设计；首先从成本、功耗、设计灵活性等 角度对硬件方案的选择进行了详细的分析，并通过对现有流行硬件方案的比较， 阐明了选择a d s p b f 5 4 8 作为系统处理器芯片的理由；然后给出了基于 a d s p b f 5 4 8 的网络媒体下载客户端硬件总体设计，设计了网络媒体下载客户端 中重要的硬件模块：a d s p b f 5 4 8 最小系统、网络接口模块、u s b 接口模块、 s d i o 接口模块和硬盘接口模块。最后对设计的硬件电路进行了调试，验证了硬 件电路设计正确性。 北京：f 业大学工学硕+ 学位论文 第三章操作系统移植与网卡驱动程序开发；首先给出了网络媒体下载客户 端设备的软件系统架构。然后实现了u b o o t 引导程序和u c l i n u x 操作系统在基 于a d s p b f 5 4 8 的硬件系统平台上的移植。接下来详细地说明了d m 9 0 0 0 a 网络 驱动程序在u b o o t 以及u c l i n u x 操作系统上的移植过程。包括移植过程中要修 改的文件，d m 9 0 0 0 a 驱动程序在u b o o t 以及u c l i n u x 操作系统上的调试、修改 和测试过程，并给出了最终的测试结果。 第四章b i t t o r r e n t 协议分析；本章根据b i t t o r r e n tp r o t o c o ls p e c i f i c a t i o nv 1 0 规范对b i t t o r r e n t 协议进行了详细的解析。给出了b i t t o r r e n t 网络拓扑结构，举 例说明了b i t t o r r e n t 网络的多点并行下载过程。分析了b i t t o r r e m 种子文件结构 以及b i t t o r r e n t 协议中各元素间的通信协议和b i t t o r r e n t 协议的主要下载策略， 包括t r a c k e r 算法、片断选择算法、节点选择算法。 第五章d m t o r r e n t 客户端软件实现与性能优化；本章设计并实现了 d m t o r r e n t 网络下载客户端软件。首先给出了软件主要功能模块的功能定义以及 主要子模块的详细实现方法，并重点阐述了片段选择算法的实现过程。接下来， 实现了d m t o r r e n t 软件的性能优化。最后，对嵌入式网络下载客户端软件 d m t o r r e m 进行了功能与性能测试。 第2 章网络媒体下载客户端硬件设计 2 1 引言 第2 章网络媒体下载客户端硬件设计 嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的专用综合处理系统，适用于对 功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性要求较高的产品应用。嵌入式系统具 有软件代码小、自动化程度高、响应速度快等特点，特别适合对实时性要求高和 多任务的产品体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操 作系统以及应用软件组成。 本文所实现的网络媒体下载客户端设备是基于网络媒体硬盘播放器产品的， 在硬件方案的设计上要根据网络媒体播放器的功能要求来确定，不仅要可以实现 网络下载功能，还必须可以进行高清视频的播放与控制。 2 2 硬件系统总体设计 2 2 1 硬件方案选择 嵌入式媒体播放器产品的硬件平台方案选择是系统设计中最重要的环节。按 照系统中使用的处理器芯片种类不同，可选择的硬件方案大体上可分为四种： m c u + d s p 处理器、m c u + a s i c 编解码芯片、集成内置处理器和硬件编码器的 d s p 或s o c 方案、多媒体d s p 处理器方案。表2 1 列出了各种嵌入式媒体播放 器设计方案的优缺点。 所有的方案都必须在成本、功耗、设计灵活性以及上市时间中进行权衡。 m c u + d s p 方案利用一个m c u 进行控制处理，驱动人机界面和外设功能，并利 用一个d s p 处理器进行实时的媒体文件解码。采用该方案的媒体播放器系统具 有很好的设计灵活性，但是硬件成本较高，功耗较大。m c u + a s i c 方案利用一 个m c u 进行逻辑控制，并利用一个或多个专用集成电路芯片( a s i c ) 处理音视 频码流的编解码。一些视频图像处理芯片除了处理器以外，在芯片内还集成了一 些其他的功能模块，如v i d e oi n ，v i d e oo u t ，a u d i oi n ，a u d i oo u t 等，有的还有图像 压缩硬件加速模块等1 6 】。从本质上讲，a s i c 专用视频压缩芯片和通用视频处理 芯片都属于s o c ( s y s t e mo nc h i p ) ，两者的不同点是前者带有固定的压缩模块、 北京工业大学工学硕士学位论文 固定的处理方式，后者需要产品开发者开发视频压缩算法程序。传统的基于 a s c u s o c 的硬件方案由于全硬件芯片的实现方式使得设计公司无法实现软件的 有效升级。集成内置处理器和硬件编码器的d s p 或s o c 方案 对比基于 m c u + a s i c 编解码芯片的嵌入式系统方案，集成内置处理器和硬件编码器的 d s p 或s o c 的系统方案通常具有成本低廉，功耗较小的优点。但是，由于集成 内置处理器和硬件编码器的d s p 或s o c 采用硬件编解码，所以设计灵活性不够。 而且该方案的硬件结构以及处理器之间的通信比较复杂，因此软件开发周期会比 较长，影响上市时间。目前，常见的多媒体处理器主要有n x p 公司的p n x l 7 0 0 多媒体d s p 处理器，美国a d i 公司的a d s p b l a c k f i n 系列处理器，t i 公司的 c 6 x 、c 8 x 、d a v i n e i 系列多媒体d s p 处理器等等。多媒体d s p 处理器高速的运 算能力完全可以实现适合不同协议的通信终端。采用这些芯片可以很方便地实现 m p e g 视频和音频处理、h 。2 6 4 视频处理。采用多媒体d s p 处理器的嵌入式媒体 播放器系统利用一个处理器内核完成控制与媒体处理两项任务。 表2 1 嵌入式媒体播放器设计方案优缺点比较 t a b l e2 1c o m p a r i s o no ft h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h ed e s i g ns c h e m eo fe m b e d d e d m e d i ap l a y e r 相关指标m c u + d s pm c u + a s i cs o c 多媒体d s p 上市时间很好差最差 很好 灵活性很好 差 差很好 材料成本差好 很好很好 功耗差 好很好很好 从表2 1 可以看出，专用的固定功能的硬件处理器会给上市时间以及灵活性 带来不利影响。多芯片方案，不论是m c u + a s i c 还是m c u + d s p 方案都将导致 更高的材料成本以及更高的系统功耗。如果制作得当，s o c 方案的材料成本将 极具竞争力。如果采用定制s o c 的设计方案，一次性制作成本会非常高。于是， 基于功能强大的可编程单核多媒体d s p 嵌入式处理器的硬件设计方案将赢得整 体竞争优势。从表2 1 可以看出，第1 列和第4 列的硬件平台方案具有最大的灵 活性和最佳上市时间，是完全可编程的系统设计方案。市场上推出的具有多媒体 编解码功能的软件模块使得多媒体编解码算法库不用重复开发，这使得完全可编 程系统设计方案开发周期最短。从长期的角度来看，表2 1 第2 列和第3 列所示 的固定逻辑功能的系统方案的材料成本会比较低，但其代价是失去抢占市场份额 并从早期用户和初期主流消费者身上赚取利润的机会。固定逻辑功能的系统方案 由于开发周期长而具有一定的风险，因为在产品上市前，市场在功能、格式、版 权控制方面可能已经发生了很大的变化。 第2 章网络媒体下载客户端硬件设计 目前较流行的多媒体处理器的性能及外设比较如表2 2 所示。 表2 - 2 多媒体处理器性能比较 t a b l e2 - 2c o m p a r i s o no ft h ep e r f o r m a n c eo fm u l t i m e d i ap r o c e s s e r b l a c k f i nb l a c k f i n t i x s c a l ef r e e s c a l e 特点 d a v i n c i b f 5 3 3b f 5 4 8p x a 2 7 0i m x 3 l d m 6 4 4 3 最大 m h z6 0 06 0 05 9 45 2 05 3 2 速度 内部指令 存储器存储器 4 8 kb y t e s6 4 kb y t e s3 2 kb y t e s3 2 kb y t e s1 6 kb y t e s 数据 存储器 3 2 kb y t e s6 4 kb y t e s8 0 kb y t e s3 2 kb y t e s1 6 kb y t e s 二级2 5 6 k 1 2 8 kb y t e s6 4 kb y t e s1 2 8 kc a c h e 缓存 s r a m 外部存d d r d d rd d r s d r a ms d r a m 储器 m d d rs d r a ms d r a m n a n df l a s h 、， 外设 s e c u r i t y l c dc o n t r o l l e r通过p p i 、， e t h e m e tm a c p a r a l l e lp o r t s 、， h o s t p o r t x u s bo t g h i g hs p e e dh i g hs p e e d h i 曲s p e e d u s bd e v i c e h i g hs p e e d f a s ts p e e d u s bh o s t f a s ts p e e d f a s ts p e e d s e r i a lp o r t s 、， s p i ，u a r t、，、， a t a p i 、，、， s d s d i o、，、， 温度 范围 摄氏度 一4 0 - 8 54 0 8 5 0 8 54 0 8 50 7 0 价格 美元 1 5 1 5 1 8 6 61 5 5 3 2 1 5 33 4 1 0 4 0 1 03 2 +1 9 4 9 2 2 9 3 3 4 6 m w ，7 9 3 m w ，1 2 4 6 m w ，1 7 5 m w ， 功耗 6 0 0 m z6 0 0 m h z6 0 0 m h z 2 0 0 m h z 注：“、”表示拥有此外设接1 5 1 ；“”没有此外设接1 5 1 ； “一”表示没有此方面数据 美国a d i 公司的b l a c k f i n 系列媒体处理器采用易于实现控制和信号处理功 能的指令集设计，并具有高性能、低功耗的特点。b l a c k f i n 系列处理器芯片具有 多种性能级别，可以满足各种外设功能与i o 方案的需要。a d s p b f 5 4 x 系列是 北京丁业大学工学硕士学位论文 b l a c k f i n 处理器家族的新成员。该系列处理器增加了i o 端口和存储器带宽，并 增加了u s b o t g 等更加丰富的外设接口，为工业以及多媒体播放器应用提供了 高性能和低成本的解决方案。 如表2 2 所示，与目前较流行的多媒体处理器相比，a d s p b f 5 4 8 处理器工 作频率高达6 0 0m h z ，其内部总线带宽倍增到5 3 2 每秒兆字节( m b p s ) 以满足 系统集成的外围设备要求，内部带宽用高达2 6 0k b 的内置存储器匹配，支持 d d r l 内存1 7 j 。此外，a d s p b f 5 4 x 系列处理器还集成了多种外围设备以满足系 统外部元件数量最少的需求以降低系统成本和开发风险，支持u s b h o s t 、 d d r l 、s d i o 、a t a p i 等接口和多达1 5 2 个g p i o 。而且，与其它同一性能级别 的处理器相比，a d s p b f 5 4 8 还具有极低的功耗和较高的性能价格比。 综上所述，本论文所讨论的嵌入式网络媒体硬盘播放器选择基于多媒体d s p 处理器的硬件架构方案，并采用a d i 公司的b l a c k f i n 系列多媒体处理器 a d s p b f 5 4 8 作为该网络媒体播放器的处理器芯片。 2 2 2 硬件系统架构 该网络媒体下载客户端设备的硬件架构框图如图2 1 所示。 a t a i d e 硬盘接 口模块 网别 鬻旧i r d a 模e 块) b g p l 0 圈啪刚8 卧系统坚 s d l 0 视频输出 模块 h d m i 高清输出 模块 音频输出 模块 u s b 接口 模块 s d 卡 模块 图2 1 基于a d s p b f 5 4 8 的网络媒体硬盘播放器硬件架构框图 f i g 2 1h a r d w a r ea r c h i t e c t u r eb l o c kd i a g r a mo ft h ei n t e m e tm e d i ah a r dd i s kp l a y e rb a s e do n a d s p b f 5 4 8 该网络媒体硬盘播放器系统由以下模块组成：a d s p b f 5 4 8 最小系统、网络 接e l 模块、键盘控制与状态显示模块、i r d a 红外控制模块、u s b 接口模块、 第2 章网络媒体下载客户端硬件设计 a t a i d e 硬盘接口模块、s d 卡模块、视频输出模块、h d m i 高清输出模块，音 频输出模块。 2 3a d s p b f 5 4 8 最小系统设计 作为主处理模块，a d s p b f 5 4 8 最小系统是整个硬件系统的核心，硬件系统 的其它模块都由a d s p b f 5 4 8 最小系统进行协调与控制。该最小系统包括 a d s p b f 5 4 8 主处理器、g p i o 接口、系统内存等。 a d s p b f 5 4 8 最小系统采用外部7 5 v 供电。最小系统的设计包括d d r s d r a m 、n o rf l a s h 、n a n df l a s h 等外部存储器的连接以及系统的时钟，电源 和复位电路设计。 2 3 1 系统内存模块设计 e b i u 是a d s p b f 5 4 8 处理器的外部总线接口单元，其外部地址空间分配如 图2 2 所示。 o k 2 c 口oo 伽。 妇2 0 0 00 0 0 0 i 曲t 2 4 d oo o 蹴器敞器惦。 o _ o d r e s e f i v e d s y n cm e m o r y 日a n k3 ( 6 4m b y t e s ) s y n cm e m o f i vb n k3 ( s 4m b y t e s ) a ( 6 s 4 y m n b c y t m e 5 e m ，o r y 队n k 3 s y n cm e m o r r rb a n k3 ( s 4m b y t e s ) r e s e r v e d d d 开b a j n k l c 2 s sm b , y 7 e sm 旺 d d r b a n k0 t 2 睇m b y t e sm x 图2 2a d s p b f 5 4 8 外部地址空间分配 f i g 2 - 2e x t e m a la d d r e s sa l l o c a t i o no f a d s p - b f 5 4 8 a d s p b f 5 4 8 处理器的e b i u 由d d rs d r a m 同步控制器( s d c ) 和异步控 制器( a m c ) 组成，支持同步d d rs d r a m 和异步存储设备，如s r a m ，n o r 北京- 1 2 ) l k 大学工学硕士学位论文 f l a s h 等。e b i u 工作在s c l k 系统时钟频率下。a d s p b f 5 4 8 的e b i u 将异步存 储空间分为4 个b a n k ，每个b a n k 为6 4 m b ，且有独立的选择信号，时序可编程， 并且支持突发传输模式，页模式和通常的访问模式。 1 n o rf l a s h 的连接 根据实际需要，选择型号为a m 2 9 l v 3 2 0 d b 的n o r f l a s h ，它的容量为4 m b y t e ， 在电路设计中，其地址线为a 0 到a 2 0 ，分别连接a d s p b f 5 4 8 的a 1 a 2 1 ， a d s p b f 5 4 8 地址线a d d r 2 2 连接于n o r f l a s h 的a 2 1 来兼容8 m b y t e 的 n o r f l a s h 。a m 2 9 l v 3 2 0 d b 与a d s p b f 5 4 8 的连接如图2 3 所示。 图2 - 3a m 2 9 l v 3 2 0 d b 与a d s p b f 5 4 8 连接图 f i g 2 3s c h e m a t i cd i a g r a mo f h a r d w a r ei n t e r f a c eb e t w e e na m 2 9 l v 3 2 0 d ba n da d s p b f 5 4 8 2 n a n df l a s h 的连接 d 0 一d 1 5 d 0 d 7 ，n a n d c e c e a r e ，0 e a w e w e 一 a d s p b f 5 4 8k 9 f 8 g 0 8 u o b a b e l ，n a n d a l ea l e a b e 0 n a n d c l e 一 c l e n a n d r b r ，b 接地 ，s e r e s e t w p 图2 4a m 2 9 l v 3 2 0 d b 与a d s p b f 5 4 8 连接图 f i g 2 4s c h e m a t i cd i a g r a mo f h a r d w a r ei n t e r f a c eb e t w e e na m 2 9 l v 3 2 0 d ba n da d s p - b f 5 4 8 n a n d 控制器( n f c ) 用于访问n a n d f l a s h 外设的时序和硬件错误校正、坏 块管理。n a n d f l a s h 芯片选择s u m s a n g 的k 9 f 8 g 0 8 u o b ，1g b 的n a n d f l a s h 。 k 9 f 8 g 0 8 u o b 与a d s p b f 5 4 8 的连接如图2 4 所示。 3 d d rs d r a m 的连接 1 0 第2 章网络媒体下载客户端硬件设计 a d s p b f 5 4 8 的d d r 空间分为两个b a n k ，每个b a n k 最大支持2 5 6 m bd d r s d r a m 。d d r 控制器s d c 对外接口与a m c 是分开的，如图2 5 所示。 。i f 掘a 卜d c f 孓暾1曰如卜乇强1 d i f 妒d 啦0 r 刚2a 圳2 c d r d d d 阿) 1 5j l d 叫5 、册 1 哿 d 【) f 洲c 辫 d i 并珉嚼r 嶝e x d d i 并a 掣r r r t l _ rq 嗡 d 】w 、尉 ll懈 a d s p - b f 5 4 8 d i ) r 旺c 陋9 4 2 目j ；d h r d i ) 配dl蜊 d i 】洲 u c i v i d 【 f 硎u d q 6 r d d r q l ld q 6 口) f 渊c k d d 删荐c k l 撑 2 5 、 图2 5w 9 4 2 5 g 6 d h 与a d s p b f 5 4 8 连接图 f i g 2 5s c h e m a t i cd i a g r a mo fh a r d w a r ei n t e r f a c eb e t w e e nw 9 4 2 5 g 6 d ha n da d s p - b f 5 4 8 由于d d r 为高速外设，为防止信号反射，a d s p b f 5 4 8 与d d rs d r a m 间 需要串入3 3 欧姆电阻。d d r 选择2 5 6 m b y t ed d r 4 0 0 芯片w 9 4 2 5 g 6 d h 。d d r s d r a m 的参考电压v r e f 由电源2 5 v 电阻分压得到。 2 3 2 复位电路设计 复位芯片选择m a x t 0 8 t ，m a x 7 0 8 t 为3 3 v 复位芯片。具体连接电路如图 3 v 3 2 6 所示。 图2 - 6a d s p b f 5 4 8 复位电路 f i g 2 - 6r e s e tc i r c u i to f a d s p b f 5 4 8 北京t 业大学1 = 学硕士学位论文 2 4 网络接口模块设计 网络接口模块是通过a d s p b f 5 4 8 芯片的e b i u 接口扩展网卡控制芯片 d m 9 0 0 0 a 来实现的。d m 9 0 0 0 a 是d a v i c o m 公司开发的一款集成度高、功能 强大、低功耗的快速以太网控制器。d m 9 0 0 0 a 具有以下主要特点：封装采用 l q f p 4 8 ，占用面积和高度都很小；支持8 位1 6 位微处理器接1 5 1 ，支持3 3v 和 5v 的i o 控制；集成1 0 m 1 0 0 m 自适应收发器，支持多种连接模式：支持半双 工的后压模式流量控制和全双工的i e e e 8 0 2 3 x 流量控制；集成1 6 k 字节 s r a m 1 3 k 用于接收f i f o ，3 k 用于发送f i f o ；内含3 3v 到2 5v 的变压器， 方便连接网络转换器芯片；支持快速传送数据包模式，可节省c p u 资源；支持 t c p i p 加速功能：支持从e e p r o m 自动下载厂商i d 和产品i d ，e e p r o m 可选： 支持节能模式【8 - 9 。 d m 9 0 0 0 a 芯片内部主要由处理器接口、物理层电路( p h y c e i v e r ) 、媒体接 入控制( m a c ) 、e e p r o m 接口、内部s r a m 等功能模块组成。d m 9 0 0 0 a 集成 了网卡的m a c 和p h y ，在与a d s p b f 5 4 8 的连接中，采用1 6 位带宽连接。 d m 9 0 0 0 a 的寄存器可分为两类：控制与状态寄存器( c o n t r o la n ds t a t u sr e g i s t e r ) 和基本模式控制寄存器( b a s i cm o d ec o n t r o lr e g i s t e r ) 。访问控制和状态寄存器 可以直接对寄存器地址进行访问，即可对寄存器地址进行直接读写操作。访问基 本模式控制寄存器则需要通过访问控制和状态寄存器下的e e p r o m & p h y 寄存 器实现。 基于a d s p b f 5 4 8 的网络媒体硬盘播放器的网卡硬件连接在a d s p b f 5 4 8 处理器的e b i u 总线上，i o 地址映射在异步存储空间b a n k 3 上，i o 基地址为 0 x 2 8 0 0 0 0 0 0 ，d m 9 0 0 0 a 的中断线连接到a d s p b f 5 4 8 处理器的p a l 5 管脚。 d m 9 0 0 0 a 与a d s p b f 5 4 8 处理器的接口示意图如图2 7 所示。 a q v 、t r 、n b d ) ；函 数初始化d m 9 0 0 0 a ，具体代码段如下。 # i f d e fc o n f i g d r i v e r d m 9 0 0 0 e x t e mi n te t h _ i n