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可扩充嵌入型网络平台

来源:赛灵思产品营销经理 Navanee Sundaramoorthy 软件工程师 Sathya Thammanur?? 2008年03月26日 ?? 收藏0

  Xilinx提供弹性化以太网络解决方案让您能针对各种应用的效能与成本需求开发客制化方案

  大多数的嵌入式产品都需要一个网络或通信界面。由于具备低成本、普遍性、以及能透过像TCP/IP等通信协议连上因特网之特性,以太网络(Ethernet)成为其中最广为采用的网络界面。

  网络子系统的需求,端视锁定的应用种类,而有相当大的差异。简单的远程控制和监控等应用,每秒只需要传送数千位的数据;但反观高阶储存或影音应用,每秒则需要支持高达gigabit的流量。

  嵌入式解决方案的一项重要考虑因素就是处理器、IP核心、以及软件组件的高弹性与扩充能力

  您的应用可能在价位、效能、以及功能方面均面临一系列的基本要求。在设计一款产品时,您必须在这些基本要求之间找出一个最好的平衡点。此外,在产品或设计周期中,为了因应市场的变化,您的需求可能会产生变动。因此,您必须采用一个高弹性、可扩充的平台来开发您的产品,能让您针对各项设计随时进行调整,而不必更换平台或合作厂商。

  本文将介绍各项应用需求与网络效能的关系,探讨各项设计考虑因素,以及几个能满足需求的设计案例。

  应用需求

  根据OSI标准,Ethernet是一个实体层界面。在传输与网络层中使用的各种通讯协议标准之间,TCP/IP通信协议套件是最常使用的标准,也因此成为在网络上传输数据的现存业界标准,尤其是在嵌入式系统方面。

  为简化之故,我们在本文以后的章节中,使用TCP负载流量作为评估性能的主要标准。表1列出几个范例应用与其TCP/IP负载流量的要求。

各种应用的网络流量需求

  赛灵思嵌入式网络解决方案

  赛灵思嵌入式解决方案提供让您开发各种嵌入式网络系统的所有必要组件。赛灵思嵌入式解决方案的其中一项关键优势,就是处理器、IP核心、以及软件组件的高弹性与扩充能力。您有充裕的弹性启动或关闭处理器、IP核心、以及软件平台中较高阶的功能,并微调许多独立参数,直到能在软件层满足各项应用需求为止。

  此外,攸关效能高低的软件功能,可运用效能测试工具来找出,并运用适合的硬件加速器来分担处理作业负载。

  以下介绍3个范例是运用Xilinx Platform Studio(XPS),来设计Ethernet子系统,以符合典型的应用效能需求。每种设计含有不同的系统架构,包括处理器组态、以太网络媒体存取控制组件(MAC) IP组态、以及内存界面。

  范例中还介绍这些硬件子系统可使搭配的各种TCP/IP软件堆栈。由于硬件建置区块与软件层都入建客制化能力,您可根据应用要求,逐步扩充或调降这些范例系统的效能。

  Ethernet“Lite”子系统

  图1显示的“Lite”网络子系统,足以支持远程监控或各种控制应用的简单网络界面。在这类应用中,TCP/IP效能需求相当低(少于1 Mbps),因此您可以使用小型的TCP/IP堆栈LwIP(轻量级网络通讯协议堆栈),而不需使用实时操作系统(RTOS)。

Ethernet

  您可以运用Ethernet“Lite”IP中的简单轮询模式来进行建置此系统,而不被中断。您也可以结合完整的软件,包括一个简单的应用层,然后全部整合至Xilinx FPGA中的local memory。在这种基本网络子系统中,您可加入其它必要的I/O界面,像是RS-232 UART与GPIO(如图1所示)。

  典型的快速Ethernet (10/100)子系统

  您可经由变更上述的最小规格系统,以达到更高的TCP/IP处理流量(10~50 Mbps),以及转移至更常见的10/100 Ethernet解决方案,如图2所示。关键的变更包括:

  •   把直接内存存取(DMA)引擎加入至Ethernet MAC,成为由中断驱动(interrupt-driven)的组件。

  •   把外部内存加入到系统,将高速缓存加入处理器中。

  •   使用更精密的TCP/IP堆栈,像是Linux操作系统中的uClinux。

  •   您可运用XPS中的Base System Builder精灵,轻易开发出MicroBlaze?的设计。


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