1、引言

近幾年來，隨著計算機網絡技術的快速發展，TCP/IP協議已成為應用最廣泛的網絡互聯協議。USB（通用串行總線）以靈活、方便、通信穩定、成本低廉、即插即用等優點已經成為數據存儲與交換的通用接口。

ADChips公司的32位多媒體微處理器VIRgineG2（簡稱VG2）具有強大的數據、圖像和音頻處理功能，而且能夠直接輸出NTSC／PAL制式模擬信號。VG2只提供了一路32位的I／O接口和兩路串行通訊接口，因此需要對VG2擴展TCP／IP接口和USB接口，以實現遠／近程數據的交互和大容量數據存儲。

本文采用Realtek公司的RTL8019AS芯片對VG2進行以太網接口擴展，通過TCP／IP協議規范及LwIP實現VG2的TCP/IP協議棧。同時采用Philips公司的ISP1161芯片實現VG2的USB主／從控制接口擴展。

2、 VG2的以太網和USB硬件接口設計

2．1芯片簡介

VG2內嵌16／32位（EISCSE3208）多媒體微控制器，內含2路4 KB的Cache、2D圖像加速器，32通道的8／16位音頻處理器以及DAC、DRAM，控制器、DMA、定時器、雙串口等多種外設。還具有8個外部片選信號（PCS0#一PCS7#）和27個中斷源，其中包括8個外部中斷（IRQ0～IRQ7）?；?D的2D圖形加速器支持NTSC／PAL制式電視顯示。

RTL8019AS是Realtek公司生產的以太網接口控制器，符合NE2000標準，遵循IEEE802．3協議。支持8位、16位的數據總線，有即插即用、跳線和免跳線三種工作方式。RTL8019AS內置16 KB RAM，用作收發緩沖以降低對主處理器的請求頻率。內部還有遠程DMA通道和本地DMA通道。

ISP1161是Philips公司生產的通用串行總線（USB）主機控制器（HC）和設備控制器（DC），遵循USB 1．1，支持全速（12 Mbit／s）及低速（1．5 Mbit／s，）兩種數據傳輸模式。兩個USB控制器在使用中共用一個微處理器總線接口，但I／O地址不同，并有各自的中斷請求輸出引腳和獨立的DMA通道。ISP1161提供兩個下行端口和一個上行端口．每一個下行端口都有一個過流（OC）檢測輸入引腳及電源開關控制輸出端，上行端口也有自身的VBUS檢測輸入端。另外還提供了單獨的喚醒輸入端和掛起輸出端。HC的下行端口能與USB兼容設備及具有USB上行端口的USB集線器連接。

2．2 VG2的TCP／IP和USB接口設計

2．2．1硬件設計

以太網接口設計中。VG2的PCS6和IRQ6分別作為RTL8019AS的片選信號和中斷信號。RTL8019AS其他引腳連接方式為：JP接高電平，設置RTL8019AS工作在跳線方式下；IOS3～IOS0接低電平，設置其I／O基地址Ox300，這樣RTL8019AS只對地址為0x300～0x31F的信號產生響應；IRQS2～IRQS0接低電平，INT0被選中作為中斷請求的輸出；PL1、PL0接低電平，設置具有自動檢測接口類型的功能。

當PCS6有效時，VG2為RTL8019AS映射從0x0160 0000開始的1 MB內存，SA8和SA9位為高電平，對應于RTL8019AS的地址線信號為0000 0000 0011 000X XXXX，I／O基址設置為0x300。這樣通過地址的低5位就可以讀取RTL8019AS內部的32個寄存器。對VG2控制映射RTL8019AS內部寄存器地址為0x0160 0000+相應的偏移地址（0x00～Ox1F）。

2．2．2 USB接口設計

VG2采用PCS7和IRQ7分別作為ISP1161的片選信號和中斷信號，ISP1161采用I／O通信的方式。

ISP1161寄存器是一個指令-數據雙重結構寄存器。一個完整的寄存器訪問周期首先為指令階段，然后為數據階段。指令（也可以理解為寄存器的指針）指向ISP1161的下一個將被訪問的寄存器。一個指令為8位長，在一個微處理器的16位數據總線上，指令占用低字節，高字節被填充為0。微處理器先向指令端口寫入一個指令代碼．然后從數據端口讀／寫數據字。

當PCS7有效時，VG2為ISP1161映射從0x1700 0000開始的1 MB內存。ISP1161主機控制器的數據和命令地址分別是Ox0170 0000和Ox0170 0002，設備控制器的數據和命令地址分別是0x0170 0004和0x0170 0006。

3、軟件設計

系統的軟件部分通過在VG2中嵌入實時多任務操作系統μC／OS一Ⅱ來實現。在μC／OS一Ⅱ平臺上分別對各個接口進行多任務的控制。

3．1 μC／OS-Ⅱ移植

μC／OS一Ⅱ是一個完整、可移植、固化、裁剪的占先式實時多任務內核。如果只保留其最核心的代碼，則可壓縮到3 KB。將μC／OS-Ⅱ移植到VG2微處理器上需改寫與硬件相關的匯編語言。具體改寫內容如下所示：

（1）改寫OS_CPU．H中部分函數

#define OS_TASK_SW（） asm（“swi 7”），通過軟件中斷指令來實現操作系統的任務切換函數：#defi-neOS_ENTER_CRITICAL（）asm（“clrl3”），#define OS_EXIT_CRITICAL asm（“set 13”），通過對SR狀態寄存器的中斷控制位設置實現使能或禁止操作系統響應中斷請求；#define OS_STK_GROWTH 1，定義VG2的堆棧由高到低。

（2）改寫OS_CPU_C．C中部分函數

OSTaskStkInit（）為任務棧結構的初始化函數。VG2響應中斷請求信號后，將當前寄存器值按先入后出的順序壓入堆棧。

OSTaskStkInit（）按照壓入堆棧順序對各任務棧初始化。

OSStartHighRdy（）函數跳轉到所有處于就緒狀態任務中優先級最高的任務開始運行。操作系統首先得到最高優先級任務棧的指針，然后從任務棧中彈出所有寄存器值，實現跳轉。

OSCtxSw（）是任務級的任務切換函數。swi 7（軟件中斷）的中斷向量指向該函數。當需要任務切換時，首先該函數將當前任務寄存器值壓入堆棧。然后將當前任務任務棧指針保存到任務控制塊中。最后判斷出最高優先級任務，并彈出其任務棧內容，開始運行。

OSTickISR（）為操作系統提供一個周期性的時鐘源。VG2的定時器0被設定成第20 ms發出一個時鐘中斷信號，中斷向量指向該函數。首先該函數保存當前任務狀態，并將全局變量OSTime遞增1。然后判斷出最高優先級任務．并彈出其任務棧內容，開始運行。

OSIntCtxSw（）為系統執行中斷后任務調度函數。系統在中斷響應后執行該函數判斷出最高優先級任務，然后彈出其任務棧內容，開始運行。

3．2以太網接口的TCP／IP協議移植

由于嵌入式實時操作系統μC／OS-Ⅱ是一個操作系統內核，本身沒有集成TCP／IP協議棧，所以需要移植合適的TCP／IP協議棧。LwIP協議棧是適用于8位、16位、32位微處理器嵌入式系統的一個小型TCP／IP協議棧，實現了ARP、TCP、UDP、IP這些最基本的協議。LwIP可以看作是為系統提供的函數，通過它來進行數據包的發送與接收。LwIP允許有多個網絡接口，每個網絡接口都對應一個structnetif，而且都包含相應網絡接口的屬性和收發函數。其中netif-》input（）指向IP層的接收函數ip_input（），netif-》output（）指向ne2k_send_packet（）驅動程序中的發送函數。驅動程序可實現網絡接口的接收、發送、初始化以及中斷處理。本設計中采用中斷方式來接收數據，使用VG2的外部中斷INT6，在VG2的中斷向量表中可以按照如下定義：

3．3 USB接口的PTD協議移植

VG2與ISP1161之間以PTD（Philips Transfer Des criptor）數據格式進行通信。PTD數據提供了USB通信的相關信息，如指令、狀態和USB數據包等。VG2中PTD數據的物理存儲介質是微處理器的系統RAM。對于ISP1161，存儲介質為內部FIFO緩沖區RAM。ISP1161可使用PTD數據結構定義一塊數據緩沖區，使其與USB終端設備進行通信。VG2設立這個數據緩沖區采存放當前幀（1 ms幀）。每幀傳送的承載數據必須包含一個PTD作為傳輸頭，以描述傳輸特性。PTD數據一般為DWORD（雙字或4字節）格式。

PTD數據頭為8個字節的數據結構，包含了ISP1161的傳輸類型、裝載數據的發送位置、裝載數據的實際大小、傳輸速度、傳輸對象等。當傳輸執行完畢后。其內部會作相應的改變，在PTD數據頭中表征了本次傳輸結果．包括傳輸發生的錯誤信息等。

3．4部分程序流程

本設計采用的操作系統是實時操作系統，可以同時支持以太網通信和USB設備數據存儲，系統能獲得很高的效率和穩定性。

4 、結束語

本文采用RTL8019AS通過TCP／IP協議規范及LwIP，實現了VG2的TCP／IP協議棧，通信波特率可達到10Mb/s。同時采用Philips公司的ISP1161，實現VG2的USB主／從控制接口擴展，符合USB1．1規范，通信速率可達到1．5Mb／s。該設計用于所研制的數字化家居智能控制器，通過以太網、USB和其他接口，將家用電器、家庭安防、門禁、四表自動抄表、有線電視網、電話和寬帶網系統等獨立單元的家居設施跨平臺有機結合，實現遠／近程操作控制和數據存儲與交換。

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