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          基于FPGA的TS over IP的設(shè)計與實現(xiàn)

          作者:李鋒 魏子奇 時間:2015-09-07 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展, 數(shù)字電視信號的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)玫搅嗽絹碓蕉嗟年P(guān)注,本文設(shè)計與實現(xiàn)了一種基于FPGA和MCU(R8051XC2)的TS over IP系統(tǒng),并對傳統(tǒng)的TS over IP系統(tǒng)進行了改進。此系統(tǒng)通過從標準TS流接口接收TS流,將其以乒乓操作的方式存放在兩個雙口RAM中,再通過一定方法封裝IP包發(fā)送至網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了TS流和網(wǎng)絡(luò)IP數(shù)據(jù)包的相互轉(zhuǎn)換。通過向系統(tǒng)推送TS流數(shù)據(jù)并使用抓包軟件對經(jīng)過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計的方法證明,得出以下結(jié)論,此系統(tǒng)在相同情況與有限的硬件條件下,相比傳統(tǒng)的使用FIFO作為

            1) 初始化狀態(tài):

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/279225.htm

            a) 配置本機的MAC地址,IP地址以及要發(fā)送的目標的IP地

            b) 完成硬件初始化

            c) 置wdata1=1,wdata2=0,wchk1=0,wchk2=0,rdata1=0,rdata2=0

            d) 跳轉(zhuǎn)到S1_1

            2) S1_1:

            a) 若此時wdata1=1,rdata1=1,則說明數(shù)據(jù)溢出,跳轉(zhuǎn)到溢出狀態(tài)

            b) 向RAM1中寫入TS流數(shù)據(jù)

            c) 數(shù)據(jù)量達到1316個字節(jié)后,置wdata1=0,wchk1=1

            d) 同時處理器讀取RAM2中的數(shù)據(jù),讀取結(jié)束時置rdata2=0

            e) 跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1_2

            3) S1_2:

            a) 將修改后的包頭信息寫入RAM1中

            b) 寫入完成后置wchk1=0,wdata2=1, rdata1=1

            c) 通知處理器可讀取RAM1中的數(shù)據(jù)

            d) 跳轉(zhuǎn)到S2_1

            4) S2_1:

            a) 若此時wdata2=1,rdata2=1,則說明數(shù)據(jù)溢出,跳轉(zhuǎn)到溢出狀態(tài)

            b) 向RAM2中寫入TS流數(shù)據(jù)

            c) 數(shù)據(jù)量達到1316個字節(jié)后,置wdata2=0,wchk2=1

            d) 同時處理器讀取RAM1中的數(shù)據(jù),讀取結(jié)束時置rdata1=0

            e) 跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S2_2

            5) S2_2:

            a) 將修改后的包頭信息寫入RAM2中

            b) 寫入完成后置wchk2=0,rdata2=1,wdata1=1

            c) 通知處理器可讀取RAM2中的數(shù)據(jù)

            d) 跳轉(zhuǎn)到S1_1

            6) 溢出狀態(tài):

            a) 在S1_1或S2_1狀態(tài)時,當CPU沒有完成數(shù)據(jù)的讀取,卻要求再次寫入時,則視為數(shù)據(jù)溢出

            b) 通知CPU數(shù)據(jù)溢出,并停止系統(tǒng)的運行

            c) 跳轉(zhuǎn)到結(jié)束狀態(tài)

          4 結(jié)論

            本文闡述了一種基于和MCU芯片的系統(tǒng)的設(shè)計方法,說明了系統(tǒng)各個部分的功能和實現(xiàn),詳細敘述了系統(tǒng)工作流程。同時還相較以往的系統(tǒng)進行了改進,通過使用雙RAM進行乒乓操作存儲并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),并通過DMA的方式進行RAM與MAC模塊數(shù)據(jù)交換等方法提高了系統(tǒng)運行效率。本系統(tǒng)在查找表(LUT)資源為6144,MCU頻率為100MHz的條件下,完成了視屏TS數(shù)據(jù)的傳輸,網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達到30Mbit/s。

            同時本文還在相同的硬件條件下,對使用FIFO作為緩沖器的系統(tǒng)和本系統(tǒng)在處理不同傳輸率的TS流時的系統(tǒng)性能做了對比,其中對比的主要參數(shù)是在不同數(shù)據(jù)傳輸速率下丟包率的多少,丟包率計算方法如下:

            丟包率 = (發(fā)包數(shù) — 收包數(shù))/ 發(fā)包數(shù)

            對比結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出,在相同的硬件條件下,改進后的本系統(tǒng)的性能與運行效率有了明顯的提高,達到了實驗目的。

          參考文獻:

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            [2]管金稱, 唐繼勇, 楊峰. 基于 IP 核的雙通道 ASI 發(fā)送系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 自動化儀表, 2009, 30(10): 41-43

            [3]平亮. 基于 IP 的 TS 流傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 上海: 上海交通大學, 2007

            [4]Rick Kelly.跨時鐘域信號同步的IP解決方案[J].中國集成電路,2010,19(10):66-76

            [5]邵翠萍,史森茂,吳龍勝等. SoC中跨時鐘域的信號同步設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù), 2012,35(8):157-159,164

            [6]楊巖巖,司倩然,馬賢穎等.FPGA設(shè)計中的亞穩(wěn)態(tài)問題及其預防方法研究[J].飛行器測控學報,2014,33(3):208-21

            [7]袁洪琳,張亮,武桐等.芯片中跨時鐘域的數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕鉀Q方法[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)(學術(shù)版),2010,29(8):4-5,16

            [8]林輝,蘇振強.一種基于VHDL的乒乓操作控制法的研究[J].電子測量技術(shù). 2008,31(9):170-173

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