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基于DSP的嵌入式系统中千兆数据传输的关键技术研究

作　者: 赵贵海
导　师: 张宝峰；朱均超
学　校: 天津理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: DSP 嵌入式系统千兆以太网 TCP/IP协议通信速率
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 195次
引　用: 3次
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内容摘要

随着网络应用的日益普遍,以及嵌入式技术的飞速发展,基于嵌入式设备的网络通信已成为发展的趋势,目前已广泛的应用于图像采集与传输领域。针对目前嵌入式系统中图像数据传输流对带宽需求日益增加的现状,研究一种高带宽、高速率的传输系统,克服传统方法的传输瓶颈,实现图像数据流的高速传输,具有重要的理论价值和现实意义。本文旨在将千兆以太网技术应用于嵌入式系统,构建基于DSP的千兆以太网高速数据传输平台,弥补国内千兆以太网技术在嵌入式系统中应用的不足,使系统的通信速率接近千兆。该研究将有效地促进嵌入式图像处理系统在工业在线检测领域的应用。本论文的主要工作内容包括:(1)分析了课题的引出背景,结合课题需要深入研究了TCP/IP协议栈理论,并着重分析了嵌入式TCP/IP协议栈。(2)设计了一套基于DSP的千兆以太网通信系统硬件平台,提出在该系统中利用DM642和82540EM千兆以太网控制器的PCI接口,通过PCI总线实现数据的千兆传输,而后接到以太网上进行网络通信。并设计了DSP电源电路、复位电路、时钟电路及JTAG接口电路。(3)在深入了解DSP和千兆以太网控制器工作机制的基础上,完成了PCI设备驱动程序的开发,以太网数据帧的发送与接收过程的流程,并且根据TCP/IP原理设计了网络通信所需的TCP/IP网络协议软件。(4)分析了系统通信速率瓶颈因素,包括网络性能(网络拥塞、吞吐要求等)、处理器CPU性能等。重点分析了PCI总线上的通信情况,并根据分析建立了PCI总线通信模型,使用Matlab仿真速率曲线,计算系统的理论速率,从而验证了系统方案的可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题的引出  9-10
  1.2 相关领域的发展背景与现状  10-11
    1.2.1 PCI 总线概况  10-11
    1.2.2 嵌入式系统以太网接入技术的历史现状及课题的难点问题  11
  1.3 课题研究内容及难点分析  11-12
  1.4 论文的内容编排  12-13
第二章 TCP/IP 协议栈理论  13-21
  2.1 引言  13
  2.2 TCP/IP 协议栈的体系结构  13-14
    2.2.1 网络参考模型的分层  13
    2.2.2 TCP/IP 协议栈的分层模型  13-14
  2.3 TCP/IP 协议族  14-17
    2.3.1 地址解析协议ARP  14-15
    2.3.2 网际协议IP  15
    2.3.3 网际控制报文协议ICMP  15
    2.3.4 用户数据报协议UDP  15-16
    2.3.5 传输控制协议TCP  16-17
  2.4 嵌入式TCP/IP 协议栈  17-20
    2.4.1 嵌入式TCP/IP 协议——链路层  18
    2.4.2 嵌入式TCP/IP 协议——网络层  18-19
    2.4.3 嵌入式TCP/IP 协议——运输层  19-20
  2.5 嵌入式TCP/IP 协议的实现与常规实现的不同  20
  2.6 本章小结  20-21
第三章系统硬件设计  21-38
  3.1 系统的整体结构  21-22
  3.2 DSP 硬件设计  22-29
    3.2.1 TMS320DM642 概述  22
    3.2.2 DM642 的PCI 接口  22-26
    3.2.3 DM642 的电源电路、时钟电路、复位电路及JTAG 接口电路的设计  26-29
  3.3 千兆以太网硬件设计  29-35
    3.3.1 千兆以太网控制器82540EM 介绍  29
    3.3.2 82540EM 千兆以太网控制器的结构  29-31
    3.3.3 千兆以太网参考模型  31-32
    3.3.4 82540EM PCI 总线接口  32-35
  3.4 DM642 与82540EM 的PCI 接口实现  35-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章系统软件的设计  38-55
  4.1 引言  38-39
  4.2 PCI 驱动程序的开发  39-44
    4.2.1 WDM 驱动程序简介  39-40
    4.2.2 WDM 驱动程序的开发  40-44
  4.3 以太网帧的接收和发送过程  44-45
    4.3.1 以太网帧的接收过程  44
    4.3.2 以太网帧的发送过程  44-45
  4.4 TCP/IP 的协议栈软件开发  45-54
    4.4.1 TCP/IP 协议栈的系统结构  45-46
    4.4.2 网络接口层的实现  46-47
    4.4.3 ARP 协议的设计与实现  47-48
    4.4.4 IP 协议的设计与实现  48-49
    4.4.5 ICMP 网际控制模块  49-50
    4.4.6 UDP 模块  50-51
    4.4.7 TCP 模块  51-54
    4.4.8 DSP Socket 接口的实现  54
  4.5 本章小结  54-55
第五章系统通信速率的分析  55-65
  5.1 网络性能的影响  55-57
    5.1.1 网络拥塞  55-56
    5.1.2 网络吞吐需求  56-57
  5.2 DSP 的CPU 性能的影响  57
  5.3 PCI 总线上通信速率的分析  57-64
  5.4 本章小结  64-65
第六章总结与展望  65-66
参考文献  66-68
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目  68-69
致谢  69-70

基于DSP的嵌入式系统中千兆数据传输的关键技术研究

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