3網(wǎng)絡傳輸模塊 - 淺談嵌入式網(wǎng)絡視頻服務器的設計

　　3網(wǎng)絡傳輸模塊

　　3.1 MPC860T最小系統(tǒng)設計

　　MPC860T是Motorola公司的高性能的32位PowerPC嵌入式處理器，有三個主要的功能模塊：嵌入式的PowerPC內(nèi)核、RISC通信處理模塊（CPM）和系統(tǒng)接口單元（SIU）。MPC860有兩個CPU：PowerPC和32位RISC。PowerPC執(zhí)行高層代碼，RISC處理實際通信的低層功能，2個處理機互相配合工作。這種雙處理器構架，分擔了主CPU的工作量，提高了處理效率，同時降低了芯片功耗，特別適合于各種通信及控制領域的嵌入式應用。MPC860T最小系統(tǒng)如圖3所示。

　　3.1.1 電源

　　電源作為一個系統(tǒng)的能量提供者，在整個系統(tǒng)設計中成為必不可少且至關重要的一個環(huán)節(jié)。MPC860T的工作電壓為3.3V，需提供一個3.3V/1A的直流穩(wěn)壓電源給CPU及外圍電路。

　　3.1.2 時鐘電路

　　MPC860時鐘系統(tǒng)為所有片上或片外設備提供不同的時鐘。MPC86OT一共有兩個參考時鐘源，一個是其工作頻率的晶振，連接EXTCLK腳，一個是 32KHz的晶體，連接EXTAL和XTAL腳。設計中，兩個外部時鐘源都用到了。EXTCLK外接一個5MHz的晶體振蕩器作為SPLL的參考時鐘源，在EXTAL和XTAL之間接一個32.768KHz的晶體作為實時時鐘的參考時鐘源。

　　3.1.3 復位模塊

　　MPC860T包括上電復位、外部硬復位、內(nèi)部硬復位、JTAG 復位、外部軟復位和內(nèi)部軟復位。復位電路采用MAX811T來實現(xiàn)。上電和人工按鍵均可產(chǎn)生復位信號，其中/RESET端口接MPC860T的 /PORESET，由/RESET產(chǎn)生復位信號復位處理器。由SN74LVTH125芯片組成的電路提供/HRESET和/SRESET復位功能。手動按下按鍵連接芯片/OE控制三態(tài)門的輸出使能時，低電平輸出到/HRESET或/SRESET，MPC860T響應復位動作。正常狀態(tài)下，輸出呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。

　　3.1.4 存儲系統(tǒng)設計

　　MPC860T的存儲控制器最多可以控制8個存儲體或外圍設備，支持GPCM （general purpose chip select machine）和UPM（User programmable machines）兩種方式，可提供與SRAM，EPROM，F(xiàn)LASH，DRAM，SDRAM等設備的無縫連接。GPCM提供與 EPROM，SRAM，F(xiàn)lash以及其他的外設的無縫連接，UPM則常常用于SDRAM以及猝發(fā)式SRAM的控制與連接。Flash存儲器是一種電可擦除、可重寫的存儲設備。Bootrom Flash采用512Kbyte的SST39VF040。Bootrom主要作用是引導及初始化CPU，以及引導單板程序。BSP在嵌入式系統(tǒng)和 Windows系統(tǒng)中的不同其實運行與PC機上的windows或linux系統(tǒng)也是有BSP的。只是PC機均采用統(tǒng)一的X86體系架構，這樣一定操作系統(tǒng)的BSP相對x86架構是單一確定的，不需要做任何修改就可以很容易支持OS在x86上正常運行，所以在PC機上談論BSP這個概念也沒什么意義了。而對嵌入式系統(tǒng)來說情況則完全不同，目前市場上多種結構的嵌入式CPU（RISC）并存（PPC，ARM，MIPS…），為了性能的需要，外圍設備也會有不同的選擇和定義。一個嵌入式操作系統(tǒng)針對不同的CPU，會有不同的BSP，即使同一種CPU，由于外設的一點差別（如外部擴展DRAM的大小，類型改變），BSP相應的部分也不一樣。

　　考慮存儲容量、功耗等因素，數(shù)據(jù)存儲器多選高速動態(tài)隨機存儲器SDRAM。Micron公司生產(chǎn)的 MT48LC4M16A2作為SDRAM芯片，組織形式為1M X 4 bank X 16位，總容量為64Mbit，采用3.3V供電，支持的最高頻率為133MHz。由于其數(shù)據(jù)總線為16位，因此系統(tǒng)選用兩片并聯(lián)構成32位。SDRAM 與MPC860T的連接框圖如圖4所示。

　　圖4 SDRAM與MPC860T的連接框圖

　　SDRAM的CLK信號由MPC860T的輸出時鐘CLKOUT驅動，/WE、/RAS和/CAS信號分別由UPMA的GPLA1～GPLA3產(chǎn)生。 SDRAM的A10引腳要復用于SDRAM的刷新控制，因而必須與GPLAO相連（由于不方便連線圖中未畫出），因為MPC860T的GPLAO可以通過編程實現(xiàn)控制信號與地址信號的復用。MT48LC4M16A2內(nèi)部有12條行地址和8條列地址，行地址為高位地址，列地址為低位地址，而外部僅有12條地址信號A0～A11。這就需要對UPM對地址進行復用。MPC860T支持內(nèi)部地址復用，可以通過UPM的RAM字中的AMX位進行配置，同時將OR寄存器中的SAM位同時進行配置。

　　3.2 網(wǎng)絡接口

　　經(jīng)壓縮的視頻流由MPC860T封裝成IP包后，通過網(wǎng)絡接口送入Internet。采用MPC860T的FEC（Fast Ethernet Controller）加上物理層芯片以及脈沖變壓器構造一個10/100M以太網(wǎng)接口，由此實現(xiàn)上述功能。

　　4 系統(tǒng)的軟件設計

　　軟件設計包括：VxWorks操作系統(tǒng)的內(nèi)核生成和VxWorks下驅動程序與應用程序的開發(fā)。VxWorks是美國Wind River System公司推出的嵌入式實時開發(fā)環(huán)境，它是專門為嵌入式系統(tǒng)設計開發(fā)的可裁減、高性能的操作系統(tǒng)。為了發(fā)揮VxWorks的功能并設計出可靠、高效的嵌入式系統(tǒng)，還用到Tornado集成開發(fā)環(huán)境。TornadoII就是Wind River公司推出的為了開發(fā)VxWorks應用系統(tǒng)提供的集成開發(fā)環(huán)境，提供一種有效的方式開發(fā)嵌入式實時應用程序，同時對目標機系統(tǒng)的影響做到最小。

　　圖5 軟件結構框圖

　　本系統(tǒng)中軟件的架構如圖5所示，主要包括：1）硬件底層驅動程序，包括BSP的開發(fā)、操作系統(tǒng)的裁剪和移植、文件系統(tǒng)的開發(fā)和應用等。設備驅動程序是直接控制設備操作的程序，也是設備上層的一個軟件接口，功能是對I/O進行操作。只要系統(tǒng)訪問設備就會調(diào)用驅動，從這一點可以看出，驅動程序不能自動執(zhí)行，只能被系統(tǒng)或應用程序調(diào)用。設備驅動程序通常包含六個主要功能：對設備進行初始化、打開設備操作、關閉設備操作、從設備上接收數(shù)據(jù)并提交給系統(tǒng)、把數(shù)據(jù)從主機上發(fā)送給設備和對設備進行控制操作。2）應用程序的設計，它包括以下三個模塊：TVP5150的數(shù)據(jù)采集、視頻編碼、數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡功能。其中 TVP5150的數(shù)據(jù)采集模塊包括對TVP5150初始化，工作參數(shù)和反饋狀態(tài)信息的設置等。視頻解碼模塊除了完成對AT2042的驅動，還為上層應用提供配置管理接口。網(wǎng)絡功能模塊包括音視頻編碼數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸和網(wǎng)絡服務功能等子模塊。

　　結束語

　　本文作者創(chuàng)新點是采用MCU+CODEC的硬件結構，較其他的采用DSP單芯片的系統(tǒng)，具有系統(tǒng)集成度高，體積小、功耗低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。并且，作為MCU的MPC860T內(nèi)部集成有FEC，使硬件設計更簡單。同時， VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)的采用使系統(tǒng)具有很好的實時性。