基于VDK的網(wǎng)絡(luò)音頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于VDK的網(wǎng)絡(luò)音頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于VDK的網(wǎng)絡(luò)音頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于VDK的網(wǎng)絡(luò)音頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：提出了一種基于ADI公司的ADSP-BF533和網(wǎng)絡(luò)芯片LAN91C111的網(wǎng)絡(luò)音頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。介紹了VDK的組成與工作原理、TCP/IP堆棧移植、基于VDK的SOCKET編程、BF533和LAN91C111的電路連接，最終給出了基于VDK的網(wǎng)絡(luò)通信程序的實(shí)現(xiàn)方法。

基于VDK的網(wǎng)絡(luò)音頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

時(shí)間片調(diào)度方式賜予每一個(gè)優(yōu)先權(quán)相同的線程固定的執(zhí)行時(shí)間間隔。VDK中時(shí)間間隔是通過設(shè)定tick參數(shù)確定的。

第三是搶先式調(diào)度方式。假如等待隊(duì)列中有比正在運(yùn)行的線程優(yōu)先級(jí)更高的線程，則正在運(yùn)行的線程堵塞后進(jìn)入等待隊(duì)列，等待隊(duì)列中優(yōu)先級(jí)最高的線程獲得執(zhí)行權(quán)。該方式供應(yīng)了比其他兩種方式更有效、而且更敏捷的調(diào)度方式。對(duì)嵌入式編程者來講，最熟識(shí)的調(diào)度方式就是"時(shí)間片輪轉(zhuǎn)'的方式，在這種方式下，每個(gè)應(yīng)用程序只占用很短的CPU時(shí)間，用戶幾乎無法察覺它們?cè)谶M(jìn)行輪換。操作系統(tǒng)或VDK會(huì)自動(dòng)地將操作系統(tǒng)的掌握權(quán)以輪轉(zhuǎn)調(diào)度或時(shí)間片的方式在全部線程之間進(jìn)行傳遞。每個(gè)線程所得到的處理器掌握時(shí)間的長度由程序員定義。該方式的優(yōu)先級(jí)可以被靜態(tài)地安排，也可以被動(dòng)態(tài)地安排。靜態(tài)安排意味著應(yīng)用程序在創(chuàng)建時(shí)就已經(jīng)被指定好了優(yōu)先級(jí)。動(dòng)態(tài)安排則意味著程序的優(yōu)先級(jí)在其運(yùn)行時(shí)仍能被轉(zhuǎn)變，也就是說，在線程實(shí)體化或運(yùn)行時(shí)，其優(yōu)先級(jí)都能被轉(zhuǎn)變。

2TCP/IP堆棧移植

關(guān)于TCP/IP堆棧移植，ADI供應(yīng)有快速解決方案，即一個(gè)輕巧型堆棧Lwip。Lwip(Light-wEightInternetProtocol)是瑞士計(jì)算機(jī)科學(xué)院(SwedishInstituteofComputerScience)的AdamDunkels等人開發(fā)出來的一套用于嵌入式系統(tǒng)的開放源代碼TCP/IP協(xié)議棧。Lwip的主要優(yōu)點(diǎn)是可在保持TCP/IP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上，削減其對(duì)RAM的占用。一般狀況下，它只要幾十KB的RAM和40KB左右的ROM就可以運(yùn)行，這使得Lwip協(xié)議特別適合在嵌入式系中使用。

Lwip堆棧的調(diào)用基于ADI的驅(qū)動(dòng)模型以及SystemServicesLibraries(即系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)庫)。Lwip堆棧支持IP、ARP、ICMP、TCP、UDP等基本協(xié)議，同時(shí)支持一套標(biāo)準(zhǔn)的BSDSocket接口函數(shù)。

3基于VDK的SOCKET編程

應(yīng)用層通過傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，TCP和UDP會(huì)遇到同時(shí)為多個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程供應(yīng)并發(fā)服務(wù)的問題。多個(gè)TCP連接或多個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程可能需要通過同一個(gè)TCP協(xié)議端口傳輸數(shù)據(jù)。為了區(qū)分不同的應(yīng)用程序進(jìn)程和連接，很多計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序與TCP/IP協(xié)議交互供應(yīng)了稱為套

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接字(Socket)的接口，以區(qū)分不同應(yīng)用程序進(jìn)程間的網(wǎng)絡(luò)通信和連接。生成套接字主要有3個(gè)參數(shù)：通信的目的IP地址、使用的傳輸層協(xié)議(TCP或UDP)和使用的端口號(hào)。Socket的原意是"插座'。通過將這3個(gè)參數(shù)結(jié)合起來，與一個(gè)"插座'Socket的綁定，應(yīng)用層就可以和傳輸層通過套接字進(jìn)行接口，以區(qū)分來自不同應(yīng)用程序進(jìn)程或網(wǎng)絡(luò)連接的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟l(fā)服務(wù)。

要通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，至少需要一對(duì)套接字，一個(gè)運(yùn)行于客戶機(jī)端，稱之為ClientSocket；另一個(gè)運(yùn)行于服務(wù)器端，稱之為ServerSocket。依據(jù)連接啟動(dòng)的方式以及本地套接字要連接的目標(biāo)，套接字之間的連接過程可以分為三個(gè)步驟，即服務(wù)器監(jiān)聽、客戶端懇求和連接確認(rèn)。

4硬件電路設(shè)計(jì)

4.1ADSP-BF533簡介

ADSP-BF533處理器是Blackfin系列產(chǎn)品中的一員。其最大工作頻率可達(dá)600MHz。Blackfin處理器內(nèi)核包含有2個(gè)16位乘法器、2個(gè)40位累加器、2個(gè)40位ALU、4個(gè)視頻ALU和1個(gè)40位移位器，可處理來自寄存器組的8位、16位或32位數(shù)據(jù)。

4.2LAN91C111簡介

ADSP-BF533通過以太網(wǎng)接口可將DSP采集的數(shù)據(jù)信息傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。LAN9lC111是SMSC公司生產(chǎn)的特地用于嵌入式產(chǎn)品的10/100M快速以太網(wǎng)掌握器，該器件具有可編程、CRC校驗(yàn)、同步或異步工作方式，并具有低功耗CMOS設(shè)計(jì)和小尺寸等特點(diǎn)。

4.3ADSP-BF533與LAN91C111的硬件連接

ADSP-BF533與LAN91C11l之間的論文聯(lián)盟.LWlm.信號(hào)傳輸連接圖如圖1所示。

該硬件系統(tǒng)由四大部分組成：其中主控芯片選用ADSP-BF533，以太網(wǎng)掌握芯片選用LAN91C111，網(wǎng)絡(luò)隔離芯片選用TG110-E050N5，而網(wǎng)口存儲(chǔ)器則選用AT93C46。

由于LAN91C111是專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，因此其外圍電路相對(duì)比較簡潔。只要將地址總線A1-A15與系統(tǒng)對(duì)應(yīng)相連即可。其A0沒有被LAN91C111使用而懸空；數(shù)據(jù)總線D0

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-D15用于16位數(shù)據(jù)傳輸。LAN91C111端的D16-D32懸空；LAN91C111的片選信號(hào)AEN由DSP供應(yīng)。字節(jié)選擇引腳BE0和BE1分別接DSP的ABE0和ABE1，而BE2和BE3直接接高3.3V電壓，即選定的是16位操作模式。AEN作為片選信號(hào)，接DSP的AMS3引腳。DSP芯片利用I/O引腳和中斷引腳可實(shí)現(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)掌握器LAN9lC111芯片的掌握和數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)掌握器LAN9lC111芯片通過網(wǎng)絡(luò)隔離芯片TG11O-E050N5并經(jīng)RJ45與外面的上位機(jī)相連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。TG110-E050N5是雙絞線驅(qū)動(dòng)/接收器，內(nèi)部有2個(gè)耦合變壓器可用來傳輸信號(hào)，同時(shí)抑制來自介質(zhì)的共模噪聲/干擾。AT93C46是一片串行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，該芯片不論寫入或讀取數(shù)據(jù)，皆采納串行傳輸?shù)哪Ｊ絼?dòng)作，串行方式雖然沒有并行傳輸來得快速，但是其傳遞遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)，卻可以大量削減使用傳輸線的需求，也縮小了系統(tǒng)整體的占有面積。因此，特別適合用于微掌握器或是微處理器。

5基于VDK的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)通信模塊主要完成的任務(wù)是網(wǎng)絡(luò)芯片初始化及接收應(yīng)急信號(hào)，接收上位機(jī)指令幀并對(duì)其進(jìn)行解析，同時(shí)將選擇板卡返回指令幀發(fā)送給上位機(jī)。

分析上述任務(wù)，可將應(yīng)用程序分為三個(gè)線程：其中一個(gè)BootThread：lwip_sysboot_threadtype的作用是上電后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化并創(chuàng)建各個(gè)線程，然后激活Echo_Server_ThreadType線程，完成與上位機(jī)的客戶端建立Socket連接；其次，初始化線程級(jí)別最高；連接勝利后，由Echo_Server_ThreadType線程激活Echo_Worker_ThreadType線程，Echo_Worker_ThreadType線程的任務(wù)為通過recv()函數(shù)接收上位機(jī)指令幀并對(duì)其進(jìn)行功能解析，然后依據(jù)幀功能碼推斷應(yīng)當(dāng)發(fā)送給上位機(jī)的幀，預(yù)備好上傳數(shù)據(jù)，再通過send()函數(shù)將上報(bào)幀上傳給上位機(jī)并顯示最終處理結(jié)果。

圖2所示是基于VDK的系統(tǒng)線程軟件工作流程。系統(tǒng)上電或復(fù)位后，DSP自啟動(dòng)后，VDK啟動(dòng)線程lwip_sysboot_threadtype開頭運(yùn)行。在線程lwip_sysboot_threadtype中進(jìn)行板級(jí)初始化和Lwip協(xié)議棧和網(wǎng)口初始化，接下來再創(chuàng)建所需要

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線程。圖3所示是VDK線程的通信工作流程圖。

芯片初始化模塊主要完成以下幾項(xiàng)工作：

(1)系統(tǒng)時(shí)鐘速率配置：包括初始化PLL，由PLL_LOCKCNT設(shè)置穩(wěn)定時(shí)間，PLL_CTL掌握寄存器設(shè)置VCO與CLKIN之間的倍數(shù)14，通過設(shè)置PLL_DIV打算SCLK及CCLK的時(shí)鐘，使能PLL中斷；

(2)同步串口(SPI)配置：假如SPI是作為主啟用，SPI使用SPI標(biāo)志寄存器(SPI_FLG)使多達(dá)7個(gè)通用可編程標(biāo)志引腳用作從選擇端。并設(shè)置為0X02，SPISEL1使能。FIO_DIR中設(shè)置PF10為輸入，其余均為輸出；

(3)CS8420初始化：即初始化CS8420，則SPI_CTL設(shè)置字長為16位，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)寫入發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器時(shí)，SPI使能。設(shè)置為主模式。SPI_BAUD為0x18,波特率也許為512b/s；

(4)激活Echo_Server_ThreadType線程；

(5)由線程銷毀模塊完成對(duì)初始化線程的銷毀。

連接勝利后，再由Echo_Server_ThreadType線程激活Echo_Worker_ThreadType線程。Echo_Worker_ThreadType線程的任務(wù)是通過recv()函數(shù)接收上位機(jī)指令幀并對(duì)其進(jìn)行功能解析，依據(jù)幀功能碼推斷應(yīng)當(dāng)發(fā)送給上位機(jī)的幀，預(yù)備好上傳數(shù)據(jù)，再通過send()函數(shù)將上報(bào)幀上傳給上位機(jī)并顯示最終處理結(jié)果。

圖4所示是系統(tǒng)掌握板卡與上位機(jī)之間的通信結(jié)果。

6結(jié)語

本文以BF533為核心處理器，提出了一種基于VDK的網(wǎng)絡(luò)音頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)通過實(shí)際項(xiàng)目的操作對(duì)該方案的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。經(jīng)過測(cè)試證明，該系統(tǒng)可以提高傳輸效率，而且實(shí)時(shí)性好，性能穩(wěn)定。