DSP芯片是专门为实现各种数字信号处理算法而设计的、具有特殊结构的微处理器,其卓越的性能、不断上升的性价比、日渐完善的开发方式使它的应用越来越广泛。将计算机网络技术引入以DSP为核心的嵌入式系统,使其成为数字化、网络化相结合,集通信、计算机和视听功能于一体的电子产品,必须大大提升DSP系统的应用价值和市场前景。将DSP技术与网络技术相结合,必须解决两个关键问题：一是实现DSP与网卡的硬件接口技术,二是基于DSP的网络通信程序设计。DSP与网卡的硬件接口技术参考文献[1]有比较详尽的论述,以下主要讨论基于DSP的网络通信程序设计。

       1 通信协议的制定

       协议是用来管理通信的法规,是网络系统功能实现的基础。由于DSP可以实现对网卡的直接操作,对应于OSI网络模型,网卡包含了物理层和数据链路层的全部内容,因此,规定了数据链路层上数据帧封装格式,就可以为基于DSP的局域网络中任意站点之间的通信提供具体规范。因为以太网是当今最受欢迎的局域网之一,在以太网中,网卡用于实现802.3规程,其典型代表是Novell公司的NE2000和3COM公司的3C503等网卡,所以研究工作中的具体试验平台是以DSP为核心构成的以太局域网,主要用于语音的实时通信,所使用的网卡为Novell公司的NE2000网卡。NE2000网卡的基本组成请见参考文献[2],其核心器件是网络接口控制器（NIC）DP8390。该器件有三部分功能：第一是IEEE802.3MAC（媒体访问控制）子层协议逻辑,实现数据帧的封装和解封,CSMA/CA（带碰撞检测功能的载波侦听多址接入）协议以及CRC校验等功能;第二是寄存器堆,用户对NE2000网卡通信过程的控制主要通过对这些寄存器堆中各种命令寄存器编程实现;第三是对网卡上缓冲RAM的读写控制逻辑。DP8390发送和接收采用标准的IEEE802.3帧格式。IEEE802.3参考了以太网的协议和技术规范,但对数据包的基本结构进行了修改,主要是类型字段变成了长度字段。所以,以DSP为核心的局域网内通信数据包基本格式如图1所示。

                 

       DSP读出数据包和打包从目的地址开始。目的地址用来指明一个数据帧在网络中被传送的目的节点地址。NE2000支持3种目的地址：单地址、组地址及广播地址。单地址表示只有1个节点可以接收该帧信息;组地址表示最多可以有64个字节接收同一帧信息;而广播地址则表示它可以被同一网络中的所有节接收。源地址是发送帧节点的物理地址,它只能是单地址。目的地址和源地址指网卡的硬件地址,又称物理地址。

       在源地址之后的2个字节表示该帧的数据长度,只表示数据部分的长度,由用户自己填入。数据字段由46～1500字节组成。大于1500字节的数据应分为多个帧来发送;小于46字节时,必须填充至46字节。原因有两个：一是保证从目的地址字段到帧校验字段长度为64字节的最短帧长,以便区分信道中的有效帧和无用信息;二是为了防止一个站发送短帧时,在第一个比特尚未到达总线的最远端时就完成帧发送,因而在可能发生碰撞时检测不到冲突信号。NE2000对接收到的从目的地址字段后小于64字节的帧均认为是“碎片”,并予以删除。在数据字段,根据系统的具体功能要求,用户可以预留出若干个字节以规定相应的协议,以便通信双方依据这些字节中包含的信息实现不同的功能。

       2 基于DSP的网络通信程序设计

       如果基于网络操作系统,用户可以利用一些软件对网络操作系统的支持,很容易地编写出优秀的网络通信程序,但这些程序必须依附于网络操作系统。而在DSP环境下,必须深入了解网络接口控制器（NIC）的工作原理[2],通过对网络直接编程,实现局域网内任意站点之间的通信而完全抛开网络操作系统。

       DSP对网卡的通信过程控制就是DSP对DP8390中各种寄存器进行编程控制,完成数据分组的正确发送和接收。DP839

       3 发送方发送频率的控制

       发送方发送频率的正确控制主要保护两点：一是有一个最小发送时间间隔,否则会因为接收方不能及时接收而导致系统瘫痪;二是发送频率能够足具体的功能实现要求。譬如在语音的实时通信中,发送频率就取决于声卡的采样频率。在8kHz采样频率时,声卡每秒钟采样8000字节,采用1024字节需用时128ms,如果通信协议规定发送1次传送1024字节有效数据,则必须每128ms发送一次才能保证缓冲区有新数据待发送,也才能保证接收方有新数据播放。128ms是一个理论计算数值,在实际的操作中采样速度和发送频率之间总是不能完全匹配,而存放数据的缓冲区大小是有限的,如果没有良好的控制技巧来实现正确发送,就会造成声音抖动和延时。解决的办法是双缓冲技术和双指针控制,并且根据采样速度和发送频率之间的匹配情况送入不同的发送通信进行处理后发送。正确发送的含义有两方面,一是每次发送的都是新数据,二是能满足接收方总在播放新数据的需求。

      4 接收方防止数据包的丢失

       由于DSP通过中断请求判断是否有数据分组到来,如果中断繁忙而两个数据包到来时间相差非常短,DSP有可能只响应一次中断,从而导致丢包的发生。分析网卡接收数据过程,当网卡收到数据分组时,首先执行本地DMA,将NIC中FIFO数据送入接收缓冲环,并将本地DMA操作的起始地址存放在当前页寄存器（CURR）和当前本地DMA寄存器（CLDA0、CLDA1）中,DSP从网卡接收缓冲环读出数据到存储器则称远程DMA操作,用软件指针Nextpk来指示远程DMA的起始页面。因此通过比较网卡本地DMA和远程DMA的当前地址,即在中断服务子程序中比较CURR和Nextpk指针,或比较CLDA0、CLDA1和Nextpk指针,就可以保证当前数据分组放到了哪里就读出到哪里,从而防止丢包的发生。

       5 结论

       DSP对网卡通信过程控制的实现解决了DSP网络中任意站点之间,DSP网络与PC机之间准确、高速的实时通信问题,是将网络技术应用到DSP数字化系统中的关键,从而最终实现了以DSP为核心的处理系统数字化和网络化的融合。