網(wǎng)絡(luò)處理器IP2022及其在嵌入式牌照識(shí)別系統(tǒng)中的應(yīng)用
介紹了Ubicom公司的最新網(wǎng)絡(luò)處理器IP2022以及專為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化而設(shè)計(jì)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)ipOS的特點(diǎn)。描述了如何在中ipOS下編制以太網(wǎng)應(yīng)用程序。給出IP2022在一個(gè)嵌入式牌照識(shí)別系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/82973.htm隨著Internet技術(shù)的廣泛應(yīng)用,許多專家預(yù)測(cè)Internet技術(shù)將會(huì)無所不在,且是一個(gè)嵌入式技術(shù)。這就導(dǎo)致了一個(gè)需求,即在某些電子、電器設(shè)備中,以低成本去執(zhí)行物理層(PHY)與TCP/IP函數(shù)集。嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品、安全設(shè)備、自動(dòng)售貨機(jī)、遠(yuǎn)程抄表以及工業(yè)控制等領(lǐng)域。
在大量的嵌入式應(yīng)用中,為物理層提供網(wǎng)絡(luò)連接是一個(gè)關(guān)鍵。然而TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的供應(yīng)商并沒有意識(shí)到這一點(diǎn)。通常,即使協(xié)議棧是以軟件形式執(zhí)行,接口也是以某種專用的硬件形式提供。Ubicom的網(wǎng)絡(luò)處理器IP2022已經(jīng)能夠執(zhí)行TCP/IP協(xié)議模塊,也能以軟件形式執(zhí)行物理口,例如UART、I2C等。隨著以太網(wǎng)MAC/PHY物理層接口需求的增長(zhǎng),專為執(zhí)行以太網(wǎng)協(xié)議的軟件模塊(ipModule)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
1 1P2022介紹
IP2022是Ubicom公司的最新產(chǎn)品。IP2022芯片為網(wǎng)絡(luò)連接應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,十分適用于Internet基礎(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)橋/網(wǎng)關(guān)部分。使用Ubicom的預(yù)制軟件模塊和配置工具可以對(duì)芯片編程和重新編程,為多種設(shè)備間和人機(jī)間通訊應(yīng)用創(chuàng)建了真正的單芯片解決方案。
IP2022內(nèi)含兩個(gè)全雙工串化器/解串器(Ser/Des)硬件單元,能直接與各種常用網(wǎng)絡(luò)接口相連。這種功能使其能夠?qū)崿F(xiàn)片內(nèi)10 Base-T以太網(wǎng)、USB以及其它各種快速串行協(xié)議。由于擁有Ser/Des硬件單元,IP2022也便于從一種協(xié)議轉(zhuǎn)換到另一種協(xié)議,因而也能作為協(xié)議轉(zhuǎn)換器。
IP2022的軟件模塊包括10base-T以太網(wǎng)、USB、UART、I2C、SPI、并行從設(shè)備物理接口以及一個(gè)完整的TCP/IP堆棧。正在開發(fā)的多種附加軟件可用于構(gòu)建完整的端到端連接解決方案。Ubicom的Internet處理器體系結(jié)構(gòu)和軟件模塊的組合創(chuàng)建了一個(gè)強(qiáng)大靈活的平臺(tái),使設(shè)計(jì)人員能夠有信心跟上標(biāo)準(zhǔn)的更新與市場(chǎng)需求的變化,設(shè)計(jì)出用于未來的產(chǎn)品。
IP2022具有100MIPS的處理能力,并為通訊應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。它能夠在執(zhí)行應(yīng)用程序的同時(shí),提供高速計(jì)算、靈活的I/O控制和高效的數(shù)據(jù)處理功能,因此可用于高性能物理接口和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的軟件實(shí)現(xiàn)。IP2022的工作電壓為2.5V,芯片上帶有內(nèi)置的電荷泵,因此不需要為閃存編程而提供高電壓。
2 IP2022操作系統(tǒng)中OS簡(jiǎn)介
ipOS是Ubicom設(shè)計(jì)的可配置的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它是專為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而優(yōu)化的,然而不論在哪兒執(zhí)行通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,都存在一個(gè)問題,就是如何最好地支持各種不同通信緩沖區(qū)/包(Buffer/Packet)的協(xié)議層。ipOS所采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)(Netbuf)為此類問題提供了一個(gè)有力且靈活的解決方案,與此同時(shí)達(dá)到了最少使用存儲(chǔ)器的目的。
ipOS支持單任務(wù)與多任務(wù)操作模式。要使用單任務(wù)模式可在配置工具中關(guān)閉多任務(wù)選項(xiàng)。在單任務(wù)模式下,需要盡可能快地輪詢調(diào)用每個(gè)物理接口和一些操作系統(tǒng)函數(shù)。由于僅有一個(gè)任務(wù),在輪詢循環(huán)(Polling loop)中,任何被直接或間接調(diào)用的函數(shù)必須盡可能快地返回,因?yàn)檫@些函數(shù)阻礙了其它系統(tǒng)進(jìn)程的繼續(xù)進(jìn)行。函數(shù)在等待I/0時(shí),不能阻塞進(jìn)程的執(zhí)行,這是最重要的。
3 10Base-T以太網(wǎng)的軟件執(zhí)行
3.1硬件需求
要給10Base-T以太網(wǎng)設(shè)置串化器/解串器(Ser/Des),來自差分線接收器或片上比較器的輸人數(shù)據(jù)端應(yīng)連接到IP2022 Ser/Des接收器的輸入端,以太網(wǎng)的接收/發(fā)送信號(hào)要匹配Ser/Des指定的管腳。這些管腳通過一個(gè)帶有終端的變壓器連接到一個(gè)RJ45插座。IP2022與以太網(wǎng)接口連接示意圖如圖1所示。
在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中,IP2022在單個(gè)芯片上從以太網(wǎng)MAC/PHY層到應(yīng)用層完成了網(wǎng)絡(luò)互連的所有方面。10Base-T以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)利用了IP2022片內(nèi)Ser/Des單元,從而使外圍器件最少。
IP2022工作電壓為2.5V。在這個(gè)設(shè)計(jì)中,以太網(wǎng)接口需要5V電壓而IP2022 I/0卻工作在2.5V上,因此必須選擇一個(gè)正確轉(zhuǎn)換匝數(shù)的以太網(wǎng)變壓器。所選的變壓器或者能接受2.5V輸入,或者可在電路中插入一個(gè)5V的TTL緩沖器來允許使用1:1的變壓器。另一種方法是使IP2022的I/0工作在3.3V上,使用一個(gè)5V的CMOS緩沖器。在這個(gè)設(shè)計(jì)中,選擇了一個(gè)1:1的變壓器,因?yàn)樗鼈兏踪?gòu)買,且價(jià)格合算;還有,大多數(shù)帶有內(nèi)置變壓器的RJ45連接器僅在較為流行的1:1轉(zhuǎn)換配置中有用,通過去掉電路中的緩沖器,可進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路。
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