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網(wǎng)絡(luò )應用概述
在現代家庭智能網(wǎng)絡(luò )應用中,應用本身將覆蓋局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和個(gè)人網(wǎng)三種網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型,需要傳輸的數據類(lèi)型包括視頻數據、音頻數據、語(yǔ)音數據以及控制命令等其他數據。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的連接,人們可以在家中通過(guò)廣域網(wǎng)接收外面的數據類(lèi)型,也可以通過(guò)LAN來(lái)控制和連接所有房間中支持網(wǎng)絡(luò )的設備,而不同網(wǎng)絡(luò )之間的通信和傳輸需要遵循同一個(gè)通訊模型——OSI模型。
OSI開(kāi)放系統參考模型將網(wǎng)絡(luò )傳輸為分七層,自底向上依次分別為物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層、會(huì )話(huà)層、表示層和應用層,不同類(lèi)型的層會(huì )支持不同類(lèi)型的應用內容或者協(xié)議標準。圖1給出了嵌入式處理器如何實(shí)現上述這種七層的模型。在一個(gè)嵌入式網(wǎng)絡(luò )處理器中,包括MAC和PHY部分,它們對應著(zhù)物理層和數據鏈路層;而在其上運行的通用軟件模塊如TCP/IP協(xié)議棧,則對應著(zhù)網(wǎng)絡(luò )層和傳輸層;而運行在協(xié)議棧上層更高級的應用例如HTTP、FTP,則對應著(zhù)會(huì )話(huà)層、表示層和應用層。
對于嵌入式網(wǎng)絡(luò )處理器,需要滿(mǎn)足兩點(diǎn)應用上的要求。第一,與外部網(wǎng)絡(luò )芯片組的連接必須簡(jiǎn)單易行。第二,能夠高效地運行網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧。另外,對于產(chǎn)品級設計還需要考慮成本、功耗等其他因素。
Blackfin處理器內核架構
Blackfin產(chǎn)品均具有先進(jìn)的處理器架構,無(wú)論是操作系統、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧,還是視頻/音頻算法程序,都可以高效地完成。Blackfin處理器是ADI公司和INTEL公司在1999年合作設計的具有創(chuàng )新架構的新型處理器。它的功能不局限于傳統意義上的數字信號處理器+增強的指令集,也不僅僅是一款加入特殊運算單元的處理器。實(shí)際上,Blackfin處理器內核將傳統DSP和微控制器的優(yōu)點(diǎn)融為一體,因此它的架構兼顧事件控制以及純算法運算處理功能,并且能夠達到很高的性能。如圖2所示,對于當前流行的嵌入式應用,MCU+DSP的系統架構,單片Blackfin處理器均可勝任。
Blackfin處理器應用實(shí)例
以ADSP-BF536/537處理器為例,它們是增強了外設接口的BF531/532/533處理器的擴展產(chǎn)品,外設方面它增加了具有增強性DMA子系統的10~100M以太網(wǎng)MAC,增加了具有32個(gè)郵箱的CAN 2.0B控制器等功能,它們支持與片外同步/異步存儲器的無(wú)縫連接。
以下給出了BF536/537在三個(gè)不同領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò )應用例子。
實(shí)例一： 可視電話(huà)
如圖3所示,這是一個(gè)使用BF561處理器實(shí)現視頻電話(huà)的參考設計系統框圖。其中的BF561是單個(gè)芯片,但內部有兩個(gè)對等的BF533內核,它可以通過(guò)外部通用總線(xiàn)單元EBIU和網(wǎng)絡(luò )控制芯片連接。以太網(wǎng)控制芯片為L(cháng)AN91C111,它也可以連接WLAN等無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制芯片,實(shí)現無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接功能。BF561可以負責操作系統事件調度以及視音頻的同步處理。另外,它通用異步接口支持紅外線(xiàn)傳輸協(xié)議。
在硬件方面,它支持麥克風(fēng)輸入,4~8KHz的采樣率。視頻格式支持NTSC、PAL、S-Video。數據通信接口為以太網(wǎng)口和串行口。在軟件方面,它支持G.711、G.723、G.729和AEC回波抵消等協(xié)議,視頻支持H.263/H.264算法,多種分辨率,支持多種通信協(xié)議,操作系統為uCLinux。
實(shí)例二：電力線(xiàn)監控設備
如圖4所示,這是一個(gè)電力線(xiàn)監控設備參考設計框圖。它使用了BF536/537處理器,外接PHY實(shí)現控制的網(wǎng)絡(luò )控制芯片。前端波形采集一般是電壓和電流兩路采集,經(jīng)過(guò)低通濾波器、放大器,得到模擬的DC分量后,經(jīng)過(guò)ADC轉化成數字分量后,傳輸給Blackfin處理器作FFT等波形處理,處理結果根據應用可以通過(guò)不同的網(wǎng)絡(luò )傳送出去,如以太網(wǎng)或者光網(wǎng)絡(luò )或者CAN總線(xiàn)。同樣,通過(guò)外界RS232驅動(dòng)芯片還可以實(shí)現板級的數據交換。
實(shí)例三：網(wǎng)絡(luò )攝像頭
如圖5所示,這同樣是采用了BF537處理器外接PHY實(shí)現控制的網(wǎng)絡(luò )控制芯片,通過(guò)SPI外接802.11控制芯片來(lái)實(shí)現Wi-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )功能;通過(guò)外設接口,BF537接收音頻和視頻數據,經(jīng)過(guò)BF537處理后,通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送出去。另外,處理器還可以通過(guò)UART和GPIO接口來(lái)發(fā)送控制信號,或者接收外部的傳感器信號進(jìn)行處理。網(wǎng)絡(luò )攝像頭的功能包括可編的視頻分辨率,支持Motion JPEG和MPEG-4視頻壓縮標準,G.711音頻壓縮標準,可配置的數據帶寬以及幀率等。
如何基于Blackfin處理器開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò )應用
ADI公司提供豐富的基于Blackfin處理器的網(wǎng)絡(luò )應用方案,不同的方案對應不同的產(chǎn)品特性、上市時(shí)間、成本等考慮因素,用戶(hù)可以根據自身應用情況合理選擇。圖6給出兩類(lèi)低成本的方案（A類(lèi)/B類(lèi)）。其中A類(lèi)不僅需要網(wǎng)絡(luò )支持,還需要文件系統等更多的資源。B類(lèi)應用是一種相對較為簡(jiǎn)單的應用,不需要操作系統提供眾多的資源。
A類(lèi)應用具有多個(gè)不同優(yōu)先級的任務(wù)以不同的速率執行,這樣的任務(wù)可以包括數據采集、數據處理、用戶(hù)控制界面以及協(xié)議管理等,一般需要考慮使用操作系統來(lái)簡(jiǎn)化管理過(guò)程。B類(lèi)應用只有幾個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)在執行,不需要非常頻繁和復雜的任務(wù)調度,一般不需要使用操作系統。
由以上看出,使用Blackfin處理器以及ADI公司提供的工具和資源進(jìn)行設計和開(kāi)發(fā)是非常容易和便利的,通過(guò)減小設計難度和縮短研發(fā)周期,可以有效地縮短產(chǎn)品的面市時(shí)間,從而為客戶(hù)贏(yíng)取更多市場(chǎng)優(yōu)勢。
