摘  要： 給出了一個基于TMS320DM6437 DSP的嵌入式網絡實現方案，對該DSP的網絡控制模塊和NDK進行了深入的研究與分析，實現了NDK在不同外設的移植，并以SEED-DEC6437與PC之間網絡通信為例，介紹了PC端Winsock與DSP的NDK開發(fā)流程。實驗結果表明，使用移植過的NDK進行開發(fā)，可以有效地提高開發(fā)速度，減少開發(fā)時間。
關鍵詞： 嵌入式；網絡接口；DSP；NDK

　隨著網絡通信技術的不斷發(fā)展，嵌入式設備間的網絡通信起到了越來越重要的作用，TI公司推出的嵌入式數字信號處理器（DSP）都集成了以太網介質存取控制器（EMAC），使得因特網終端的連接成本降低了50%以上。TI同時推出了相對應的開發(fā)工具包（NDK），使用NDK不僅能夠快速地開發(fā)網絡程序，縮短開發(fā)周期，而且應用程序能夠方便地在不同型號DSP上進行移植。本文主要針對NDK的結構進行詳細介紹，闡述了移植的詳細過程，最后進行實驗，實驗結果證明，移植過的NDK可以進行良好的運用。
1 DM6437的網絡模塊
　TMS320DM6437是TI公司的一款專用于數字媒體應用的高性能 32 bit定點DSP 處理器，集成了以太網媒質訪問控制器（EMAC）和物理層設備的數據輸入輸出管理（MDIO）模塊用于網絡配置[1]。其網絡功能模塊如圖1所示。

　DM6437的網絡功能主要由EMAC控制模塊、EMAC模塊和MDIO模塊3部分組成[2]。
　EMAC控制模塊提供了DSP核與EMAC模塊和MDIO模塊之間的接口，它的作用主要是控制中斷和有效地利用設備內存。EMAC控制模塊內部具有8 KB的隨機存儲器用來保存信息包的緩沖描述符。
　MDIO模塊采用串行接口控制器來對以太網的物理層進行監(jiān)視和控制[3]，最多支持32個物理層設備。它主要負責管理與EMAC相連的所有PHY芯片，包括對PHY芯片進行狀態(tài)檢測、配置等操作。使用MDIO可以減少額外的CPU開銷。
　EMAC模塊提供了DSP核與網絡之間通信的高效接口，DM6437的EMAC模塊支持10 Mb/s和100 Mb/s。在半雙工或全雙工模式下，同時具有硬件流控制及服務質量保證（QoS）支持。
　內置的EMAC/MDIO僅僅需要連接一個物理層設備即可，大大減少了開發(fā)時間，因此成為高速嵌入式網絡連接一個很好的選擇。在PHY的接口設計中SEED-DEC6437使用的是DAVICOM公司的DM9161A作為10/100Base-TX以太網收發(fā)器[4]，DM9161A提供有MII接口，可以實現與TMS320DM6437的MII接口無縫對接。RJ45連接器選用AMP公司的406549-1，其上帶兩個LED指示燈，右邊的LED為綠色，用作指示連接狀態(tài)；左邊的為黃色，正常情況下，用來指示數據傳輸。接口原理圖[5]如圖2所示。

2 NDK結構的介紹與移植
　為了加速C6000系列DSP的網絡開發(fā)進程，TI公司結合C6000系列芯片推出TCP/IP的NDK開發(fā)套件，目的是為了通過使用較少資源消耗來支持TCP/IP服務，例如應用層Telnet、DHCP、HTTP服務等。由于NDK中內置了常用的服務程序，因此通過使用NDK不僅可以有效地減少服務占用的資源，而且可以減少開發(fā)時間，以便于更快地推出產品。
　NDK建立在TI的嵌入式操作系統(tǒng)DSP/BIOS之上，主要由TCP/IP網絡協(xié)議棧（STACK.LIB）、網絡工具庫（NETTOOL.LIB）、操作系統(tǒng)層和打印層（OS.LIB and MiniPrintf.LIB）、硬件接口層（HAL.LIB）以及網絡控制層（NETCTRL.LIB）5部分重要的庫構成，如圖3所示。

　協(xié)議棧（STACK.LIB）指的是主要的TCP/IP網絡棧，這個庫文件主要是跟DSP/BIOS系統(tǒng)有關，移植的時候不需要對它進行改變。
　網絡工具庫（NETTOOL.LIB）包含NDK提供的所有網絡服務的套接字和一些幫助用戶開發(fā)的工具。
操作系統(tǒng)層和打印層（OS.LIB and MiniPrintf.LIB）提供了一些抽象的函數以供DSP/BIOS調用，例如任務線程管理、內存分配和包緩沖管理等。而打印層提供了CCS使用的RTS輸出函數等。
　網絡控制層（NETCTRL.LIB）是協(xié)議棧的中心，它控制TCP/IP與外界交互，主要作用是初始化NDK以及底層設備，啟動網絡系統(tǒng)配置，響應和調度設備，退出時卸載系統(tǒng)配置清除驅動程序。
　硬件接口層（HAL.LIB）是連接硬件設備與NDK之間的接口，包含時鐘、LED指示燈、以太網設備及串口的驅動。需要對這個文件進行修改用來適應不同的外設。由于HAL.LIB是個靜態(tài)鏈接庫，需要找到開發(fā)包中提供的源程序文件，修改之后重新進行編譯。源文件位于%NDK_INSTALL_DIR%\packages\ti\ndk\src\hal\<board_name>\eth_<device_name>中。以NDK1.92版本為例，在ndk_1_92_00_22_eval\packages\ti\ndk\src\hal\evmdm6437中找到eth_dm6437和userled_dm6437文件夾，其中eth_dm6437中是以太網設備驅動程序，而userled_dm6437中是LED指示燈的驅動程序，LED的驅動程序采用默認的即可。NDK的以太網驅動程序所包含的文件如表1所示。

　LLPACKET.C是與硬件設備無關的以太網包驅動，不需要進行修改。DM64LC_MDIO.C是與硬件設備有關的，包括PHY設備的初始化、配置等，需要進行修改。文件首先定義了相應的PHY控制寄存器地址，經過與DM9161A手冊對比，地址符合，不需要進行更改。在接下來的初始化PHY設備MDIO_initPHY的函數中，應該進行適當的修改以符合不同的PHY設備。TI為了加快PHY的初始化速度，當PHY設備啟動時，采用宏定義PHY_MASK來屏蔽不使用的PHY位。通過查看DM9161A手冊可以看到，管腳29、28、27、26、35分別代表的是PHYAD[0]~PHYAD[4]，通過查看原理圖上引腳是否有上拉電阻即可確定其值，一般通過10 k?贅的上拉，設置為1，不上拉設置為0。經過查看PHYAD=01111，換成十進制為15，則PHY_MASK就為0x8000。在文件開始位置修改PHY_MASK即可。如果需要連接多個PHY設備，在MDIO_initPHY（）函數中，需要把注釋“Shutdown all other PHYs”下面的代碼刪除。這段代碼是為加速單個PHY設備啟動而設計的，當連接多個PHY設備時就會阻止其正常工作，經過修改之后需要重新編譯生成lib文件，注意要添加編譯包含的路徑，如圖4所示。

　將生成的文件復制到NDK中的lib\hal\evmdm6437目錄下，名稱為hal_eth_dm64lc.lib即可。
3 NDK的開發(fā)與測試
　在使用NDK開發(fā)之前，需要設置NDK的開發(fā)環(huán)境，需要進行以下操作[6]：
?。?）硬件層需要一個100 ms的周期函數來作為它的時鐘驅動，每100 ms周期驅動一次llTimerTick（）函數。所以在BIOS里面PRD下面新建一個prdNDK變量，并在其屬性中設置周期為100 ms，函數為_llTimerTick。
?。?）系統(tǒng)需要鉤子函數為TCP/IP堆棧加載和保存私人變量指針，所以在BIOS中的HOOK下面新建一個hookNdk，并將初始化函數設置為_NDK_hookInit，創(chuàng)建函數設置為_NDK_hookCreat。
?。?）需要包含一些文件頭文件。必須把工程項目的IncludeSearchingPath指向NDK安裝目錄下的inc目錄，如%NDK_INSTALL_DIR%\packages\ti\ndk\inc。
?。?）為了確保能夠正確編譯項目文件，需要在CCS項目中的“build options”的“Link Order”一欄按一定順序添加庫文件，最佳的順序是：NETCTRL.LIB、HAL_xxx.LIB、NETTOOL.LIB、STACK.LIB、OS.LIB以及MiniPrintf.LIB。
?。?）NDK中的OS和HAL會創(chuàng)建3個內存段，分別是PACKETMEM、MMBUFFER和OBJMEM，必須為這3個段分配內存，在CMD中寫入以下內容：
SECTIONS
{
.far：PACKETMEM：{}>MYSDRAM
.far：MMBUFFER：{}>MYSDRAM
.far：OBJMEM：{}>MYSDRAM
}
　這里將3個段分配到自定義的MYSDRAM中。
?。?）如果cache L2完全設置為SRAM，HAL驅動將不能正常工作，這里需要把Cache設置至少為32 KB大小。Cache的大小對網絡傳輸速度的有很大的影響，Cache越大速度越快。
　設置好開發(fā)環(huán)境之后，在DSP端開發(fā)一個UDP程序來與上位機通信。具體實現的功能是：上位機發(fā)送一個字符串，DSP接收后進行回傳，在上位機進行顯示。程序的基本流程如圖5所示。

　為了研究NDK開發(fā)工具的移植方法，本文討論了DM6437上NDK的結構以及工作原理，并進行了與PC數據通信的測試。測試表明經過移植的NDK可以正確地開發(fā)網絡程序。本文重點介紹了NDK的移植方法，使開發(fā)者可以將其使用在不同的PHY設備上，這大大拓展了NDK的使用范圍。TI推出的NDK網絡開發(fā)工具可以使技術人員快速開發(fā)基于DSP的網絡應用程序，而且具有十分可靠的性能，使用本文的方法使得基于NDK開發(fā)的程序可以快速地移植到不同PHY設備的DSP上。隨著DSP網絡通信的不斷普及，該方法的應用范圍將越來越廣闊。希望通過本文的介紹，使得相關的開發(fā)研究人員得到方便，減少開發(fā)時間。
參考文獻
[1] Texas Instruments. TMS320C6000 network developer′s kit support package for EVMDM6437 user′s guide[Z]. 2006.
[2] Texas Instruments. TMS320C6000 network developer′s kit（NDK） software user′s guide[Z]. 2007.
[3] Texas Instruments. TMS320DM643x DMP ethernet aedia access controller（EMAC）/management data input/output （MDIO）module user′s guide[Z]. 2007.
[4] 合眾達.SEED-DEC6437用戶指南[Z].2008.
[5] 合眾達.SEED-DEC6437 V1.1原理圖[Z].2008.
[6] Texas Instruments. TMS320C6000 network developer′s kit（NDK） software programmer′s reference guide[Z]. 2007.