基于以太網(wǎng)協(xié)議的XPC目標與DSP間的通信

羅 奇 余永元 龍 航 張曉航

（貴州大學電氣工程學院，貴州 貴陽 550025）

0 引言

xPC 目標[1]是一個實時的內(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 位保護模式運行在目標機上，用于產(chǎn)品的原型開發(fā)和測試。支持多種類型的I/O 設備，用戶只需安裝相關軟件和編譯器就可將一個PC 兼容機作為xPC 目標實時系統(tǒng)。

以太網(wǎng)具有靈活性高、傳輸速度快，滿足全雙工通信，易于實現(xiàn)。采用載波多路訪問和沖突檢測(CSMA/CD)機制，數(shù)據(jù)傳輸速率快，適合于傳輸TCP/IP 數(shù)據(jù)，xPC 目標通過連接以太網(wǎng)與宿主機通信。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?；谝蕴W(wǎng)的xPC 目標能夠方便的實現(xiàn)DSP 的通信。xPC 目標與DSP 通信系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 xPC 與DSP 通信系統(tǒng)

1 xPC 目標及其網(wǎng)卡配置

1.1 xPC 目標

xPC 目標采用雙機模式，即宿主機（上位機）控制目標機（下位機）的技術(shù)途徑，其中，宿主機搭建Simulink 模型，通過編譯下載到目標機執(zhí)行控制器代碼。xPC 目標要實現(xiàn)宿主機與目標機之間的通信，可以通過以太網(wǎng)連接或者串口線連接來實現(xiàn)

xPC 目標的功能強大，操作簡單，用戶可以很方便實現(xiàn)對實時系統(tǒng)的快速原型化、測試和配置功能[2]。

（1）普通配置的PC 機都可以作為目標機嵌入xPC 實時系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中實時運行Simulink 和RTW 通過編譯生成的應用程序。

（2）具有豐富的I/O 設備驅(qū)動模塊庫，支持多種CAN 總線。

（3）宿主機和目標機通信通過RS232 串口或者以太網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)。

（4）MATLAB 應用程序界面采用客戶/服務模式，提供了九十多種函數(shù)用于宿主機對目標機的控制。

（5）可以在程序運行時從宿主機或者目標機上動態(tài)調(diào)參。

（6）在宿主機和目標機上都可以進行交互式的數(shù)據(jù)可視化和信號跟蹤。

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

1.2 xPC 目標機網(wǎng)卡配置

本文中，宿主機和目標機之間的通信，目標機與DSP 之間的通信，都是通過連接以太網(wǎng)來實現(xiàn)。因此xPC 目標機需要配備兩塊以太網(wǎng)卡，一片用于xPC 目標跟宿主機通信，另一片用于xPC 跟DSP 間的通信。

xPC 目標機跟宿主機之間的通信可以選擇普通的網(wǎng)卡，市場最常見的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)出宿主機與xPC 目標通信連接界面。首先設置宿主機和xPC 目標機的通信類型是基于以太網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議。然后設置xPC 目標的IP 地址和端口號，這里要注意目標機的IP 要和宿主機的IP 處于同一網(wǎng)段，例如xPC 的IP 可以設成192.168.1.9，那么宿主機的IP 要設成192.168.1.X。如果不是同一網(wǎng)段，宿主機和目標機就不能連通。設置好參數(shù)之后就可以點擊連接，如果綠燈亮，則表示可以宿主機可以編譯和下載程序到目標機。

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[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)設置

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

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

3）連接宿主機和xPC 目標機，成功之后點擊編譯，模型下載到xPC 目標機，在xPC 目標機輸入-start，開始發(fā)送數(shù)據(jù)包。

2 DSP 實現(xiàn)通信

DSP28335 的以太網(wǎng)連接芯片選用由臺灣Realtek 公司生產(chǎn)的基于ISA 總線的10Mbps 以太網(wǎng)控制器芯片RTL8019AS，該芯片實現(xiàn)以太網(wǎng)媒介訪問層（MAC）和物理層（PHY）的功能[4]，其中包括MAC 數(shù)據(jù)幀的收發(fā)、地址識別、CRC 校驗、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 目標發(fā)送數(shù)據(jù)包的網(wǎng)卡IP 地址。這一部分的實現(xiàn)需要在程序中進行配置，部分程序如下所示：

2.2 DSP 實現(xiàn)TCP/IP 協(xié)議通信

DSP 初始化寄存器和網(wǎng)絡芯片RTL8019AS，并且開啟中斷.當有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)到達時，DSP 采用中斷方式讀取以太網(wǎng)數(shù)據(jù)并進行分析。xPC 發(fā)送過來的數(shù)據(jù)是用TCP/IP 協(xié)議封裝好的標準以太網(wǎng)幀，DSP 收到的數(shù)據(jù)首先存儲在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，可以通過讀BNRY 指針和CURR指針[5]來判斷是否接收到數(shù)據(jù)包，BNRY＝CURR 說明沒有數(shù)據(jù)包接收，當兩個指針變量有差值時說明有數(shù)據(jù)包收到。

完成xPC 目標和DSP 配置后，先啟動xPC 目標機，然后啟動DSP。就可以在xPC 目標機上觀測xPC 目標發(fā)送的信號和接收來自DSP 反饋回來的信號。具體波形如圖3 所示：

圖3 xPC 目標發(fā)送信號和DSP 反饋信號

3 結(jié)束語

本文基于以太網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)了xPC 目標與DSP 的全雙工通信，xPC 目標通過以太網(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，實驗所得結(jié)果滿足期望，兩個信號之間的延時延時小，丟包率低，同時也驗證了基于以太網(wǎng)TCP/IP 協(xié)議通信的可靠性。

［1］楊滌，等.系統(tǒng)實時仿真開發(fā)環(huán)境與應用[M].北京：清華大學出版社，2002.

［2］陶建峰，朱野，等.xPC 目標及其API 函數(shù)在實時控制軟件開發(fā)中的應用[J].上中國航空學會控制與應用第十二屆學術(shù)年會論文集，2000.

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

［4］張穎，張長利.基于DSP 的具有以太網(wǎng)接口的嵌入式系統(tǒng)設計[J].煤礦機械，2005.

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