基于以太網(wǎng)協(xié)議的XPC目標(biāo)與DSP間的通信

羅 奇 余永元 龍 航 張曉航

（貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025）

0 引言

xPC 目標(biāo)[1]是一個(gè)實(shí)時(shí)的內(nèi)核系統(tǒng)，是由Mathworks 公司基于RTW框架體系提供和發(fā)行的產(chǎn)品。該系統(tǒng)采用32 位保護(hù)模式運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上，用于產(chǎn)品的原型開(kāi)發(fā)和測(cè)試。支持多種類(lèi)型的I/O 設(shè)備，用戶只需安裝相關(guān)軟件和編譯器就可將一個(gè)PC 兼容機(jī)作為xPC 目標(biāo)實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

以太網(wǎng)具有靈活性高、傳輸速度快，滿足全雙工通信，易于實(shí)現(xiàn)。采用載波多路訪問(wèn)和沖突檢測(cè)(CSMA/CD)機(jī)制，數(shù)據(jù)傳輸速率快，適合于傳輸TCP/IP 數(shù)據(jù)，xPC 目標(biāo)通過(guò)連接以太網(wǎng)與宿主機(jī)通信。本文用到的RTL8019AS 芯片是高度集成以太網(wǎng)控制器，它可以方便的的解答即插即用NE2000 兼容適配器。基于以太網(wǎng)的xPC 目標(biāo)能夠方便的實(shí)現(xiàn)DSP 的通信。xPC 目標(biāo)與DSP 通信系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 xPC 與DSP 通信系統(tǒng)

1 xPC 目標(biāo)及其網(wǎng)卡配置

1.1 xPC 目標(biāo)

xPC 目標(biāo)采用雙機(jī)模式，即宿主機(jī)（上位機(jī)）控制目標(biāo)機(jī)（下位機(jī)）的技術(shù)途徑，其中，宿主機(jī)搭建Simulink 模型，通過(guò)編譯下載到目標(biāo)機(jī)執(zhí)行控制器代碼。xPC 目標(biāo)要實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的通信，可以通過(guò)以太網(wǎng)連接或者串口線連接來(lái)實(shí)現(xiàn)

xPC 目標(biāo)的功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單，用戶可以很方便實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的快速原型化、測(cè)試和配置功能[2]。

（1）普通配置的PC 機(jī)都可以作為目標(biāo)機(jī)嵌入xPC 實(shí)時(shí)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中實(shí)時(shí)運(yùn)行Simulink 和RTW 通過(guò)編譯生成的應(yīng)用程序。

（2）具有豐富的I/O 設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊庫(kù)，支持多種CAN 總線。

（3）宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)通信通過(guò)RS232 串口或者以太網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

（4）MATLAB 應(yīng)用程序界面采用客戶/服務(wù)模式，提供了九十多種函數(shù)用于宿主機(jī)對(duì)目標(biāo)機(jī)的控制。

（5）可以在程序運(yùn)行時(shí)從宿主機(jī)或者目標(biāo)機(jī)上動(dòng)態(tài)調(diào)參。

（6）在宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)上都可以進(jìn)行交互式的數(shù)據(jù)可視化和信號(hào)跟蹤。

（7）支持Microsoft Visual C/C++5.0 以上版本的開(kāi)發(fā)工具。

1.2 xPC 目標(biāo)機(jī)網(wǎng)卡配置

本文中，宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間的通信，目標(biāo)機(jī)與DSP 之間的通信，都是通過(guò)連接以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此xPC 目標(biāo)機(jī)需要配備兩塊以太網(wǎng)卡，一片用于xPC 目標(biāo)跟宿主機(jī)通信，另一片用于xPC 跟DSP 間的通信。

xPC 目標(biāo)機(jī)跟宿主機(jī)之間的通信可以選擇普通的網(wǎng)卡，市場(chǎng)最常見(jiàn)的10M/100M 網(wǎng)卡都可以滿足要求。在Matlab 命令窗口輸入-xpcexplr 命令，調(diào)出宿主機(jī)與xPC 目標(biāo)通信連接界面。首先設(shè)置宿主機(jī)和xPC 目標(biāo)機(jī)的通信類(lèi)型是基于以太網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議。然后設(shè)置xPC 目標(biāo)的IP 地址和端口號(hào)，這里要注意目標(biāo)機(jī)的IP 要和宿主機(jī)的IP 處于同一網(wǎng)段，例如xPC 的IP 可以設(shè)成192.168.1.9，那么宿主機(jī)的IP 要設(shè)成192.168.1.X。如果不是同一網(wǎng)段，宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)就不能連通。設(shè)置好參數(shù)之后就可以點(diǎn)擊連接，如果綠燈亮，則表示可以宿主機(jī)可以編譯和下載程序到目標(biāo)機(jī)。

用于跟DSP 通信的網(wǎng)卡則需要選擇Intel 8255X 系列和Intel Gigabit 系列的網(wǎng)卡，可以參考文獻(xiàn)[3]。圖2 是在Matlab/Simulink 搭建的基于TCP/IP 協(xié)議的發(fā)送/接收模型：

圖2 Simulink 中發(fā)送和接收模型

模型參數(shù)設(shè)置

1）利用以太網(wǎng)卡初始化模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，這其中包括網(wǎng)卡的總線數(shù)目，PCI 插槽的序號(hào)，發(fā)送數(shù)據(jù)網(wǎng)卡的MAC 地址。

2）設(shè)置創(chuàng)建以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包模塊中的MAC 地址，這里是DSP 的MAC，類(lèi)型設(shè)為’0800’表示創(chuàng)建的是基于TCP/IP 協(xié)議數(shù)據(jù)包。

3）連接宿主機(jī)和xPC 目標(biāo)機(jī)，成功之后點(diǎn)擊編譯，模型下載到xPC 目標(biāo)機(jī)，在xPC 目標(biāo)機(jī)輸入-start，開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)包。

2 DSP 實(shí)現(xiàn)通信

DSP28335 的以太網(wǎng)連接芯片選用由臺(tái)灣Realtek 公司生產(chǎn)的基于ISA 總線的10Mbps 以太網(wǎng)控制器芯片RTL8019AS，該芯片實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)媒介訪問(wèn)層（MAC）和物理層（PHY）的功能[4]，其中包括MAC 數(shù)據(jù)幀的收發(fā)、地址識(shí)別、CRC 校驗(yàn)、曼徹斯特編碼解碼等功能。

2.1 DSP 配置MAC 和IP 地址

在接收數(shù)據(jù)之前需要配置DSP 的MAC 和IP 地址，以及xPC 目標(biāo)發(fā)送數(shù)據(jù)包的網(wǎng)卡IP 地址。這一部分的實(shí)現(xiàn)需要在程序中進(jìn)行配置，部分程序如下所示：

2.2 DSP 實(shí)現(xiàn)TCP/IP 協(xié)議通信

DSP 初始化寄存器和網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8019AS，并且開(kāi)啟中斷.當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，DSP 采用中斷方式讀取以太網(wǎng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。xPC 發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)是用TCP/IP 協(xié)議封裝好的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀，DSP 收到的數(shù)據(jù)首先存儲(chǔ)在RTL8019AS 的緩存中，然后調(diào)用接收數(shù)據(jù)幀函數(shù)將數(shù)據(jù)讀入DSP。讀數(shù)據(jù)包之前，可以通過(guò)讀BNRY 指針和CURR指針[5]來(lái)判斷是否接收到數(shù)據(jù)包，BNRY＝CURR 說(shuō)明沒(méi)有數(shù)據(jù)包接收，當(dāng)兩個(gè)指針變量有差值時(shí)說(shuō)明有數(shù)據(jù)包收到。

完成xPC 目標(biāo)和DSP 配置后，先啟動(dòng)xPC 目標(biāo)機(jī)，然后啟動(dòng)DSP。就可以在xPC 目標(biāo)機(jī)上觀測(cè)xPC 目標(biāo)發(fā)送的信號(hào)和接收來(lái)自DSP 反饋回來(lái)的信號(hào)。具體波形如圖3 所示：

圖3 xPC 目標(biāo)發(fā)送信號(hào)和DSP 反饋信號(hào)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于以太網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)了xPC 目標(biāo)與DSP 的全雙工通信，xPC 目標(biāo)通過(guò)以太網(wǎng)卡給DSP 發(fā)送數(shù)據(jù)，DSP 正常接收數(shù)據(jù)并反饋給xPC 接收，實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果滿足期望，兩個(gè)信號(hào)之間的延時(shí)延時(shí)小，丟包率低，同時(shí)也驗(yàn)證了基于以太網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議通信的可靠性。

［1］楊滌，等.系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真開(kāi)發(fā)環(huán)境與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

［2］陶建峰，朱野，等.xPC 目標(biāo)及其API 函數(shù)在實(shí)時(shí)控制軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J].上中國(guó)航空學(xué)會(huì)控制與應(yīng)用第十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2000.

［3］xPC TargetTMI_O Reference Guide[M].The Math works Inc，2003.

［4］張穎，張長(zhǎng)利.基于DSP 的具有以太網(wǎng)接口的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2005.

［5］肖守邦，等.DSP 以太網(wǎng)通信接口設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2008.