网络应用概述

在现代家庭智能网络应用中,应用本身将覆盖局域网、广域网和个人网三种网络类型,需要传输的数据类型包括视频数据、音频数据、语音数据以及控制命令等其他数据。通过网络的连接,人们可以在家中通过广域网接收外面的数据类型,也可以通过LAN来控制和连接所有房间中支持网络的设备,而不同网络之间的通信和传输需要遵循同一个通讯模型——OSI模型。

OSI开放系统参考模型将网络传输为分七层,自底向上依次分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层,不同类型的层会支持不同类型的应用内容或者协议标准。图1给出了嵌入式处理器如何实现上述这种七层的模型。在一个嵌入式网络处理器中,包括MAC和PHY部分,它们对应着物理层和数据链路层;而在其上运行的通用软件模块如TCP/IP协议栈,则对应着网络层和传输层;而运行在协议栈上层更高级的应用例如HTTP、FTP,则对应着会话层、表示层和应用层。

对于嵌入式网络处理器,需要满足两点应用上的要求。第一,与外部网络芯片组的连接必须简单易行。第二,能够高效地运行网络协议栈。另外,对于产品级设计还需要考虑成本、功耗等其他因素。

Blackfin处理器内核架构

Blackfin产品均具有先进的处理器架构,无论是操作系统、网络协议栈,还是视频/音频算法程序,都可以高效地完成。Blackfin处理器是ADI公司和INTEL公司在1999年合作设计的具有创新架构的新型处理器。它的功能不局限于传统意义上的数字信号处理器+增强的指令集,也不仅仅是一款加入特殊运算单元的处理器。实际上,Blackfin处理器内核将传统DSP和微控制器的优点融为一体,因此它的架构兼顾事件控制以及纯算法运算处理功能,并且能够达到很高的性能。如图2所示,对于当前流行的嵌入式应用,MCU+DSP的系统架构,单片Blackfin处理器均可胜任。

Blackfin处理器应用实例

以ADSP-BF536/537处理器为例,它们是增强了外设接口的BF531/532/533处理器的扩展产品,外设方面它增加了具有增强性DMA子系统的10~100M以太网MAC,增加了具有32个邮箱的CAN 2.0B控制器等功能,它们支持与片外同步/异步存储器的无缝连接。
以下给出了BF536/537在三个不同领域的网络应用例子。

实例一： 可视电话

如图3所示,这是一个使用BF561处理器实现视频电话的参考设计系统框图。其中的BF561是单个芯片,但内部有两个对等的BF533内核,它可以通过外部通用总线单元EBIU和网络控制芯片连接。以太网控制芯片为LAN91C111,它也可以连接WLAN等无线网络控制芯片,实现无线网络连接功能。BF561可以负责操作系统事件调度以及视音频的同步处理。另外,它通用异步接口支持红外线传输协议。

在硬件方面,它支持麦克风输入,4~8KHz的采样率。视频格式支持NTSC、PAL、S-Video。数据通信接口为以太网口和串行口。在软件方面,它支持G.711、G.723、G.729和AEC回波抵消等协议,视频支持H.263/H.264算法,多种分辨率,支持多种通信协议,操作系统为uCLinux。

实例二：电力线监控设备

如图4所示,这是一个电力线监控设备参考设计框图。它使用了BF536/537处理器,外接PHY实现控制的网络控制芯片。前端波形采集一般是电压和电流两路采集,经过低通滤波器、放大器,得到模拟的DC分量后,经过ADC转化成数字分量后,传输给Blackfin处理器作FFT等波形处理,处理结果根据应用可以通过不同的网络传送出去,如以太网或者光网络或者CAN总线。同样,通过外界RS232驱动芯片还可以实现板级的数据交换。

实例三：网络摄像头

如图5所示,这同样是采用了BF537处理器外接PHY实现控制的网络控制芯片,通过SPI外接802.11控制芯片来实现Wi-Fi无线网络功能;通过外设接口,BF537接收音频和视频数据,经过BF537处理后,通过有线网络或无线网络发送出去。另外,处理器还可以通过UART和GPIO接口来发送控制信号,或者接收外部的传感器信号进行处理。网络摄像头的功能包括可编的视频分辨率,支持Motion JPEG和MPEG-4视频压缩标准,G.711音频压缩标准,可配置的数据带宽以及帧率等。

如何基于Blackfin处理器开发网络应用

ADI公司提供丰富的基于Blackfin处理器的网络应用方案,不同的方案对应不同的产品特性、上市时间、成本等考虑因素,用户可以根据自身应用情况合理选择。图6给出两类低成本的方案（A类/B类）。其中A类不仅需要网络支持,还需要文件系统等更多的资源。B类应用是一种相对较为简单的应用,不需要操作系统提供众多的资源。

A类应用具有多个不同优先级的任务以不同的速率执行,这样的任务可以包括数据采集、数据处理、用户控制界面以及协议管理等,一般需要考虑使用操作系统来简化管理过程。B类应用只有几个简单的任务在执行,不需要非常频繁和复杂的任务调度,一般不需要使用操作系统。
由以上看出,使用Blackfin处理器以及ADI公司提供的工具和资源进行设计和开发是非常容易和便利的,通过减小设计难度和缩短研发周期,可以有效地缩短产品的面市时间,从而为客户赢取更多市场优势。