基于DSP的自适应光纤/千兆网接口设计

发布者:pi26最新更新时间:2014-02-09 来源: 中电网关键字:DSP  自适应光纤 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

引言
    遵循IEEE802.3标准的网络通信已经应用到较广泛的场合。其具有连接方便、即插即用的特点。网线物理结构一般使用五类或者六类屏蔽双绞线,在由金属制作的物体上传递信号,存在线缆衰减、串扰,受环境影响较大。在高速千兆长距离传输速度下,网络传输的误码率增加,传输性能下降较快,所以基于网线的传输距离一般不大于100 m。为了实现长距离通信,使用光作为传输媒介的光纤通信得到应用和发展。光纤通信可以长距离进行,光信号衰减小,抗串扰能力强。在使用10 μm的单模光纤时,传输距离高达5 000 m,满足大部分应用场合。
    DSP(数字信号处理器)具有较高的工作频率,其内部集成硬件网络MAC接口,外接一个物理层芯片就可以方便地实现千兆网络通信。可以通过硬件或者软件配置方法实现千兆网络和光纤接口的在线切换。本文介绍一种基于高速数字信号处理器TMS320C6455的嵌入式千兆网接口设计,并通过软硬件自适应配置网络或光纤接口。

1 C6455及其结构
    
C6455是TI公司功能较强的定点DSP之一,其最高工作频率达到1.25 GHz,单个指令周期可以运行8条32位指令。全速运行可以提供9 600 MIPS定点计算能力。C6455的内部结构如图1所示。


    C6455具有32 KB的一级数据Cache(L1D)、32 KB的一级程序Cache(L1P)以及较大容量的2 MB的2级存储空间,芯片片内有一个32 KB的ROM。C6455具有DDR2控制器接口,可以外接DDR2,直接寻址范围达到512 MB。C6455的片内外设有RapidIO、PCI、EMIF、千兆网口以及SPI、I2C总线、GPIO等接口。这些接口通过片内的高速互联总线和CPU处理器交互数据。千兆网口片内集成MlAC层芯片,该MAC层芯片具有EMAC模块和MDIO模块。所以,C6455用于网络通信,只需要外接一个物理层芯片就可以了。其中的MDIO模块用于和物理层芯片建立连接,如果出现接口切换、掉电等情况,都可以通过MDIO接口获得相应信息。EMAC模块用于数据的收发,C6455片内集成8个8K的收发缓冲区。使用TI公司免费提供的NDK(Net Development Kit)软件,可以很方便地建立网络通信。

2 88E1111及其结构
    
能够和C6455连接的物理层芯片很多,基本上大部分公司的物理层芯片都可以和C6455连接,但不同公司的芯片需要改变NDK软件中的部分寄存器设置。本文使用Marvell公司的88E1111物理层芯片进行光纤和千兆网络的连接。88E1111的片内结构如图2所示。


    网络RJ45接口发送过来的数据经过A/D转换器转换,数字信号经过译码滤波和均衡后由接收单元传输到MAC芯片,实现了数据的接收。  MAC发送的数据经过整形滤波后由D/A转换器变换成模拟信号发送到RJ45接口。为了降低误码,88E1111内部具有PLL锁相环、增益控制、时序控制和相位控制、回音抵消等模块,这些模块都是为了提高数据传输的可靠性,在不同环境或者不同外接设备下,都可以高速、可靠地通信。
    图2中的LED控制模块实现数据传输时的灯光显示,MDIO模块建立链接,JTAG用于芯片仿真测试,时钟模块提供工作时钟,电源复位用于启动工作。


3 硬件设计
    
硬件设计主要包括C6455和88E1111的接口设计、88E1111和RJ45的接口设计、88E1111和光纤的接口设计、88E1111的硬件配置设计等几个部分。
    C6455和88E1111的接口电路如图3所示。C6455采用RGMII(RedtJced Gigabit Media Independent Interface)接口,兼容10/100M工作方式。其中,RGTXC和RGRXC为发送和接收时钟,在时钟的上升和下降沿都可以传输数据,收发均采用4线,如图3中的RGTXD[3:0]和RGRXD[3:0]引脚。RGTXCTL为发送使能引脚,RGRXCTL为接收控制引脚,该引脚电平出现上升沿时,表示接收数据有效。RGMDIO和RGMDCLK为MDIO模块的数据和时钟信号,用于C6455和88E1111建立连接。C6455可以通过该接口配置88E1111,或者读取88E1111的信息。由于88E1111的MDIO模块输出为2.5 V电压,而C6455采用1.5 V电压,所以两者之间需要增加电压转换芯片,本设计采用SN74TVC3306实现电压转换,接口电路如图4所示。


    88E1111和RJ45的接口如图5所示。图中H5062为网络隔离变压器,其工作原理是利用特性阻抗的耦合特性,降低插入损耗、回音以及串扰,提供网络滤波,减少传输介质上的干扰。88E1111和H5062采用差分连接线,一般需要使用阻抗匹配网络,如图中的R1和C1。H5062和RJ45之间也需要阻抗匹配网络,如图中的R2和C2。


    88E1111和光纤的接口如图6所示。使用两片光收发器芯片SSFF135连接光纤和DSP。将光收发器的发送和接收引脚对应连接到C6455就可以了。为了阻抗匹配,使用了电阻电容隔离电路。



    可以通过设置88E1111的配置引脚,将外设接口配置成RJ45或者光纤。配置成RJ45的硬件设置如图7所示,图7中可以不使用电阻,为了调试和测试方便,可以增加一个0 Ω的电阻。如果将接口配置成光纤接口,根据88E1111的技术手册,按照其说明配置即可。硬件配置接口后,系统将固定为一种接口方式,如果外设需要自适应配置接口方式,就需要采用软件方法。



4 软件设计
    
在不掉电情况下切换接口就需要C6455实时检测到硬件配置的改变。接口切换的软件配置流程如图8所示。


    只要接口切换,88E1111会自动检测到硬件发生变化,并且将状态存储到其寄存器中,发送EMAC中断到C6455。C6455接收到中断请求后,通过MDIO接口读取88E1111寄存器的值,并根据设置重新配置88E1111,重新配置后,网络的连接将重新建立,建立后就实现了硬件的当前配置状态,完成在线接口的切换。C6455和88E1111的数据通信流程如图9所示。



结语
    
网络和光纤数据传输是嵌入式系统广泛使用的方式,本文介绍了基于C6455的千兆网口和光纤接口的自适应数据通信,可以在系统不掉电情况下,在两个接口之间自动切换,文中介绍了该数据通信系统的软硬件设计方法。该方法可以应用于嵌入式系统中,可以无需光纤路由器实现千兆网和光纤的数据通信。

关键字:DSP  自适应光纤 引用地址:基于DSP的自适应光纤/千兆网接口设计

上一篇:Proteus和Keil软件在单片机项目式教学中的应用
下一篇:基于ATMega16单片机的密码锁的设计

推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 22:57

采用数字信号处理器TMS320C6201构成的视频跟踪警戒装置
    摘要: 介绍了一种以高速数字信号处理器TMS320C6201为核心器件构成的视频跟踪警戒装置。该视频跟踪警戒装置,即可自成一个小系统,独立进行工作;也可作为一个子系统,装在其它光电测量跟踪系统中工作。     关键词: 电视跟踪 匹配跟踪 图像处理 数字信号处理器     在光电测量跟踪系统的实际应用中,对其视频器量跟踪部分,提出了越来越高的要求。例如,有越来越多的应用场合,要求光电测量跟踪系统对更大区域的视频图像具有实时匹配跟踪(相关跟踪)的功能。在匹配跟踪(相关跟踪)过程中,如果需要匹配处理的图像区域较大,则运算量非常可观。在视频跟踪当中,为了能够在有限的时间(如20毫秒时间内)实现大量的运算处理
[应用]
基于DSP的便携系统的功耗优化政策
为了帮助数字信号处理器(DSP)开发人员最大化地延长电池使用时间,并促成功率敏感的便携系统,德州仪器(TI)公司推出了TMS320C5509A、TMS320C5507和TMS320C5503数字信号处理器。不过,要确保这种DSP不消耗任何不必要的功率,就必须了解如何才能将功耗降至最低,以及怎样充分利用将所有暂未使用的外设保持在闲置状态的优势。 例如,高效节能的系统级线路板设计,会要求某些特殊引脚具有良好的终止(termination)功能,以及令部分外设处于闲置状态,并充分利用DSP的闲置和省电模式。通过动态关断未使用的所有外设和内部功能性单元,即可以实现这第一点。将功耗减至最小,还有助于降低成本、减小发热量和降低器件密度
[嵌入式]
基于<font color='red'>DSP</font>的便携系统的功耗优化政策
基于DSP和FPGA的机器人声控系统设计与实现
1 引言 机器人听觉系统主要是对人的声音进行语音识别并做出判断,然后输出相应的动作指令控制头部和手臂的动作,传统的机器人听觉系统一般是以PC机为平台对机器人进行控制,其特点是用一台计算机作为机器人的信息处理核心通过接口电路对机器人进行控制,虽然处理能力比较强大,语音库比较完备,系统更新以及功能拓展比较容易,但是比较笨重,不利于机器人的小型化和复杂条件下进行工作,此外功耗大、成本高。本次设计采用了性价比较高的数字信号处理芯片TMS320VC5509作为语音识别处理器,具有较快的处理速度,使机器人在脱机状态下,独立完成复杂的语音信号处理和动作指令控制,FPGA系统的开发降低了时序控制电路和逻辑电路在pcb板所占的面积 ,使机器
[嵌入式]
Evomotion 360°全景相机借力CEVA DSP实现全景拼接,无需后处理
集微网消息,CEVA和业界领先的结合硬件解决方案的深度学习和计算机视觉供应商,进化动力公司 (Evomotion Technology Ltd.) ,宣布两家公司合作使得360°/720全景相机的强大图像和计算机视觉功能变成可能,并且该技术应用在Evomotion的ROD-1双镜头全景相机这一产品上。ROD-1能够在CEVA-XM4图像和视觉DSP上实时实现全景拼接的3k分辨率30fps视频和4k分辨率照片,而无需在智能手机或PC上进行后处理。该全景相机现已上市,是当今市场上最有价值的360度全景相机之一。 介绍ROD-1的视频请点击观看。 该摄像头采用瑞芯微 (Rockchip) RV1108视觉处理器,其中包括处理图像
[手机便携]
STM32F4-浮点DSP库的MDK开发环境的设置
在网上看了一下关于DSP的库的开发环境设置,写的有些乱,现在来整理一下,做一下MARK吧! 步骤如下: 1 . 建立工程,添加相关必要的文件到工程中。 2. 打开 option for target 选择 Target 标签,在code generatio中,将floating point hardware 选择 USE FPU。 3. 编译你的工程,保证通过。当然也不一定需要编译通过,先做编译是为了后面添加浮点库做准备,这样发现问题和知道哪里出问题。 4. 打开 option for target 选择 C/C++ 标签, 在define中添加:USE_HAL_DRIVER,STM32F407xx,__TARGET_FPU
[单片机]
'54x系列DSP与计算机并口通信的设计方案
    摘要: 数字信号微处理器与计算机之间的数据通信越来越受到重视。本文主要介绍TI公司'54x系列DSP通过主接口(HPI)与计算机并口进行通信的简易设计方案。该方案以简单的电路设计实现了稳定的数据传输,并具有较高的通信速度。     关键词: DSP TMS320VC5410 主机接口(HPI) 数字信号微处理器(DSP)是近十几年来兴起的一项新技术。DSP以其速率快、功能强的特点,逐渐进入传统单片机所占据的工业和消费领域。TMS320C54x(简称为'54x)是德州仪器公司(TI Inc.)继TMS320C1x、TMS320C2x、TMS320C5x之后推出的新一代高性能DSP芯片。该系列芯
[网络通信]
通过SPI接口协议实现DSP与其它设备的通信
摘要:介绍了SPI通信协议,给出了将TI公司生产的TMS320C5402 DSP用于SPI协议通信的串口配置方法和接口电路设计,同时给出了串口McBSP的配置程序。 关键词:多通道缓冲串行口 McBSP TMS320C5402 μPD780308 SPI DSP 1 引言 随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展,DSP技术也正以极快的速度被应用到科技和国民经济的各信领域。在很多工程开发设计中,由于要求实现单片DSP与单片DSP、多片DSP芯片以及及其它处理芯片之间的通信,因此,怎样更高效、 更便捷的实现这些通信,已成为广大DSP应用者首先要解决的一个问题。 本文根据笔者在工程应用和调试方面用TI的DSP TMS3
[应用]
DSP与蓝牙模块UART口通信电路设计
  蓝牙技术作为一种低成本、低功耗、近距离的无线通信技术,正广泛应用于固定与移动设备通信环境中的个人网络,数据速率可高达1Mb/s;它采用跳频/时分复用技术,能进行点对点和点对多点的通信。ADSP-BF533是ADI公司Blackfin系列的高速数字信号处理器芯片,基于DSP的蓝牙无线传输系统设计,利用DSP简单算法实现对复杂信号的处理,大大提高了系统的数据处理能力;同时信号传输用无线代替有线电缆,解决了电缆传输存在的弊端,拓宽了系统在较为恶劣的环境或特殊场所的应用。   电路原理: 串行通信接口通常采用三线制接法,即地、接收数据(RXD)和发送数据(TXD)。DSP与蓝牙模块使用UART口进行通信时,蓝牙模块作为一个DCE,异
[嵌入式]
<font color='red'>DSP</font>与蓝牙模块UART口通信电路设计
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved