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1千兆以太網接口的軟件設計

本方案中，千兆以太網通信接口的軟件設計主要是基于TI公司提供的嵌入式操作系統SYS/BIOS和TCP/IP網絡開發包NDK（NetworkDevelopment′sKit）來實現的。網絡開發包NDK是TI公司為本公司DSP的網絡程序開發提供的平臺，采用自頂向下、分層、模塊化的設計方法來支持TCP/IP協議，并占用較少的系統資源（對于常規的TCP/IP服務，程序空間僅需200KB~250KB的程序空間，數據空間僅需95KB）。TCP/IP協議的體系結構包括應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層以及物理層，對于NDK模型，網絡開發包NDK就實現了5層體系結構中的傳輸層、網絡層、數據鏈路層。圖3為TCP/IP模型與NDK模型的對比示意圖。

NDK通過編程接口與嵌入式操作系統SYS/BIOS以及底層硬件相互隔離。對于NDK而言，SYS/BIOS被抽象成一個操作系統適應層（OSAdaptationLayer），底層硬件被抽象成一個硬件適應層（HardwareAdaptationLay-er），它們的函數庫OS.LIB、HAL.LIB成為了NDK與SYS/BIOS以及底層硬件的接口。圖4為基于NDK與SYS/BIOS的通信接口軟件架構圖。由圖4可以看出，NDK主要包含NETTOOL.LIB、STACK.LIB、OS.LIB、HAL.LIB、NETCTRL.LIB五個部分。（1）NETTOOL.LIB提供網絡服務，包含NDK提供的基于網絡服務的所有套接字以及一些用于網絡應用開發的附加工具。（2）STACK.LIB是主要的TCP/IP協議棧，提供了頂層（套接字層）至底層（以太網和PPP層）的所有功能。（3）OS.LIB提供與SYS/BIOS操作系統的接口。（4）HAL.LIB提供與底層硬件的接口。（5）NETCTRL.LIB控制TCP/IP協議棧與外界的交互，管理所有網絡事件、協調操作系統與硬件驅動，主要包括：①初始化TCP/IP協議棧和底層設備驅動；②啟動和維護系統配置（通過配置服務提供者的回調函數）；③連接底層設備驅動和安排驅動事件呼叫TCP/IP協議棧；④卸載系統配置和清除底層驅動。對于基于NDK與SYS/BIOS的通信接口的軟件架構，其實現主要分為三部分工作：（1）編制底層驅動程序。底層硬件驅動負責向TCP/IP協議棧提供具體的操作接口，用以控制以太網器件的配置和運行，主要包括：初始化驅動環境，包括器件復位、中斷使能、存儲區數據訪問優先級設定、器件枚舉和配置等；以太網數據包的接收和發送；監測底層網絡器件狀態，將事件信息反饋給協議棧；關閉驅動環境，并收回占用的系統資源。（2）在SYS/BIOS操作系統平臺上配置和運行NDK的TCP/IP協議棧。CCS5.3提供了配置工具XGCONF來實現圖形化界面配置NDK，如圖5所示，傳輸層、網絡層、數據鏈路層分別選用TCP、IP、EMAC協議，并對其作相關必要的配置，主要包括發送/接收窗口大小、IP地址、生存時間等內容的配置。（3）開發用戶定制的網絡應用程序。本方案中主要是完成接收上位機控制信息和發送結果信息這些操作，采用流式套接字（Socket）來實現。Socket是應用層與TCP/IP協議簇通信的中間軟件抽象層，它是一組接口，把復雜的TCP/IP協議簇隱藏在其后面。對于用戶來說，一組簡單的Socket接口就是全部通信過程，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。

本設計中，選取DSP作為服務器，上位機作為客戶端。對于DSP端，先初始化一個監聽Socket，然后與端口綁定（bind），并對端口進行監聽（listen），再調用accept阻塞，等待PC端連接。對于PC端，先初始化一個Sock-et，然后請求連接DSP端（connect），若此時DSP端正處于等待PC端連接狀態，則DSP端接受此連接請求，于是，PC端與DSP端就成功建立起了連接。PC端發送數據請求，DSP端接收請求并處理請求，再把回應數據發送給PC端，PC端讀取數據，最后關閉連接，一次交互結束。DSP與上位機進行Socket通信的具體過程如圖6所示。

2功能測試

為了測試本文設計的千兆以太網接口的可行性，PC端采用VC++的MFC來設計測試程序，測試程序主要實現對單通道正弦信號的采集、處理以及顯示等操作，測試界面如圖7所示。根據具體的設計需求，測試程序分為數據發送/接收和數據處理/顯示這兩個部分。其中，數據發送/接收部分通過Socket編程完成與DSP的收發數據包等通信過程，數據處理/顯示部分不僅能夠支持用戶對服務器端參數和控制參數的可配置，而且通過顯示接收到的正弦信號時域波形與頻譜圖，實現對PC端與DSP端通信的直觀體驗，同時更增加了本接口程序的可移植性與可擴展性。通過測試可以發現，正弦信號的時域波形圖與頻譜圖較為流暢，且穩定性較高，能夠支持長時間穩定可靠傳輸及顯示。

3結論

本文利用TMS320C6657內部集成了千兆以太網接口模塊（EMAC、MDIO與SGMII），結合片外的PHY芯片88E1112以及簡單的外圍電路，提出了千兆以太網通信接口的軟硬件設計方案，實現了DSP與PC的網絡通信功能。測試結果顯示，該設計方案能夠實現長時間穩定可靠傳輸，同時，由于使用TI公司提供的NDK，降低了開發難度、縮短了開發周期，更便于擴展與維護。目前，本設計方案已成功應用到了無線電頻譜監測接收機中，運行狀況良好。

作者：吳向旭馮曉東王貴冬陳晶晶單位：重慶郵電大學3G動員中心通信技術創新團隊