| 多媒体技术与网络技术的有机结合满足信息化社会人们对各种信息的大量需求。网络多媒体技术的迅速发展，加速了多种网络多媒体技术的应用，如：视频会议系统、数字视频监控系统、多媒体电子邮件、视频点播(ＶＯＤ)、远程多媒体数据库等。
随着微处理器技术的发展和嵌入式操作系统的日益广泛的应用，嵌入式系统以其高速响应、高度自动化、功能易于扩展等独特优势已成为计算机工业新的增长热点。而且，嵌入式设备接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ已经成为不可避免的趋势，并显示出美好的应用前景。嵌入式系统在多媒体通信应用领域同样得到了很好的应用，各种基于嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的视频服务器、多媒体远程监控系统已经成功应用于多种场合。
本文论述一种具有网络通信和多媒体处理功能的嵌入式系统的设计实现方法。
１ 系统总体框架设计
基本的多媒体通信系统一般应该具有各种音视频输入输出设备，并具有高速网络通信功能。本系统采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司ＴｒｉＭｅｄｉａ系列的ＴＭ１３００TM1300媒体处理器作为主核来构造。其系统设计的各个功能模块如图１所示。
１．１ ＴＭ１３００媒体处理器简介及其系统设计特点
ＴＭ１３００TM1300是一种具有高质量数字视频和音频应用处理能力的媒体处理器。它拥有强大的超长指令字(ＶＬＩＷ)核ＤＳＰ ＣＰＵ，独立于ＤＳＰ ＣＰＵ的ＤＭＡ方式工作的音视频输入输出接口，３２位高带宽数据总线将所有的片上模块单元连接，如ＰＣＩ、ＳＤＲＡＭ、图像协处理器(ＩＣＰ)等，使数据处理极为快速方便。另外，其强大的面向多媒体应用的指令系统和丰富的库函数使开发者能快速完成软件编程。
ＴＭ１３００的ＰＣＩ／ＸＩＯ接口控制和复用逻辑使其可以用于为ＰＣ机环境设计的ＰＣＩ音视频处理加速卡，也可以用于独立工作的嵌入式系统。在系统设计中，既可以访问ＰＣＩ外设，如ＰＣＩ网络接口芯片，又可以访问各种８位外设，如ＲＯＭ、８位ＭＣＵ、程序存储器Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ等。
１．２ 系统框图说明及芯片典型选型
本系统是一种嵌入式系统，它能完成视频和音频数据的采集与输出功能，并能通过高速网络传递压缩编码后的音视频数据流。ＴＭ１３００具有强大的多媒体数据处理能力，它在系统中可以完成音视频数据的压缩编码或解码，同时处理网络数据的收发，并可以通过ｐＳＯＳ实时操作系统协调和调度整个系统的任务，从而形成强大的多媒体音视频数据处理和传输系统。
当然，本系统框图仅旨在一般意义上的系统，在实际应用中可以按照具体要求裁剪或添加其他外设，如ＵＡＲＴ控制器、Ｍｏｄｅｍ控制器模块等，使系统具有用户特定的功能。
(１) ＴＭ１３００的视频输入接口提供８～１０位视频Ａ／Ｄ转换接口，其最高采样率可以达８１ＭＨｚ。可以采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司ＳＡＡ７１１３SAA7113、ＳＡＡ７１１４SAA7114等视频解码芯片(Ｖｉｄｅｏ Ｄｅｃｏｄｅｒ)来完成系统各种格式的视频信号采集。
(２)视频输出接口提供８位的视频数据输出口，可以完成解码后的视频数据输出，可以采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的视频编码芯片(Ｖｉｄｅｏ Ｅｎｃｏｄｅｒ)完成视频数据的Ｄ／Ａ转换。
(３)音频信号采集和输出的数据都是通过ＴＭ１３００的标准Ｉ２Ｓ总线接口来传输的。可以用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＵＤＡ１３４４UDA1344音频编解码器（Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｅｃ）完成音频数据的Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换。
(４)基于网络接口芯片可以采用常用的Ｒｅａｌｔｅｋ公司的ＲＴＬ８１３９ＣRTL8139C，它是具有１０／１００Ｍｂｐｓ自适应功能的以太网收发控制器，是目前应用最为广泛的一种网络接口芯片。设计时，应为其配置启动ＥＥＰＲＯＭ，如９３ＬＣ４６93LC46、９３ＬＣ５６93LC56等。
(５)启动ＥＥＰＲＯＭ一般使用符合Ｉ２Ｃ的器件，如２４ＬＣ１６24LC16、２４ＬＣ３２24LC32等。因为除了要存放系统启动设置信息外，还要存放用于系统自举Ｌ１代码，ＥＥＰＲＯＭ不得小于２Ｋ字节空间。ＥＥＰＲＯＭ具体内容格式参照ＴＭ１３００芯片资料文档。
特别值得注意，设计本系统ＰＣＩ总线与设计ＰＣＩ卡时不同的是，ＴＭ１３００TM1300使用ＰＣＩ总线访问时总线仲裁需仲裁器。这是因为在基于ＰＣ机主板和ＰＣＩ桥接芯片上已经有总线仲裁逻辑，不需要另外再作处理。嵌入的ＴＭ１３００TM1300系统则需要仲裁来处理ＰＣＩ总线的请求和应答，具体的逻辑设计应参考ＰＣＩ规范相关内容。另外，嵌入式系统需要通过ＪＴＡＧ口进行调试和仿真，并要在系统中加入程序代码存储器Ｂｏｏｔ Ｆｌａｓｈ。
２ 音视频外设编程的分层模型及应用
系统中的视频Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ芯片单元通常连接在ＴＭ１３００的Ｉ２Ｃ总线上，其初始化和设置是通过Ｉ２Ｃ总线访问其内部寄存器实现，音频处理芯片则通过Ｉ２Ｓ接口总线与ＴＭ１３００连接。ＴＭ１３００正是通过这些总线对其进行初始化设置。
在软件上，ＴｒｉＭｅｄｉａ层次化软件架构ＴＳＡ引入设备库层(Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｉｂｒａｒｙ Ｌａｙｅｒ)概念，该层为板级库到应用程序之间提供了一个公共接口。设备库输出两个接口，其架构由图２所示。
在设备库中，基本的ＡＰＩ调用函数和功能描述在表１中给出。 例如，视频输出的设备库函数有ｖｏＣａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ、ｖｏＯｐｅｎ、ｖｏＩｎｓｔａｎｃｅＳｅｔｕｐ等。在ＴｒｉＭｅｄｉａ的软件开发环境ＴｒｉＭｅｄｉａ ＳＤＥ ２．２对音视频等设备库函数都有定义，因此使用时只需加入相应的头文件即可。
ＴｒｉＭｅｄｉａ软件架构中，设备库由板级库支持。板级库以板级支持包(ＢＳＰ)的形式实现，ＢＳＰ函数由设备库调用，它负责完成对硬件设备的所有初始化设置，高层软件不必深入到底层硬件设备的细节就能完成对音视频等硬件设备的编程。ＢＳＰ允许设计者对底层的接口硬件设备(如Ａｕｄｉｏ Ｄ／Ａ)改动，而不必改动该设备的上层编程。如要使用ＡＤ１８４７作为音频Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ设备，仅需要修改该部分的ＢＳＰ即可。
在ＴｒｉＭｅｄｉａ ＳＤＥ２．２中已经附带很多典型器件的ＢＳＰ，如ＳＡＡ７１１３、ＳＡＡ７１２１、ＵＤＡ１３４４等。开发音视频应用程序时，只需要调用设备库ＡＰＩ、设置好数据缓冲区指针、指定相应的中断服务程序来处理音视频设备接口到主存储器ＳＤＲＡＭ的数据传递即可。用户也可以根据具体硬件自己开发ＢＳＰ。
３ 面向ｐＳＯＳ网络驱动设计与网络编程模型
网络设备的驱动程序，按照网络协议栈分层概念，在这里将其称为网络接口(Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，简称ＮＩ)，其主要功能是其将最底层的物理网络细节和上层应用程序隔离开，编程时不用考虑网络硬件、网络传输介质和网络拓扑等。
在ＴｒｉＭｅｄｉａ软件架构中，可以将网络驱动设计成ｐＳＯＳ网络部件ｐＮＡ＋访问网络接口。这样设计的优点是：上层软件可以使用ｐＳＯＳ系统的ｐＮＡ＋软件部件丰富的系统调用函数，这些函数不但可以操作网络接口，而且可以操作套节字(Ｓｏｃｋｅｔ)进行高级ＴＣＰ／ＩＰ网络编程，而不需用软件来实现ＴＣＰ／ＩＰ协议栈。
本节内容旨在论述基于ｐＮＡ＋部件的网络接口设计和网络编程的基本概念模型，对其中存储配置管理没有作很多具体介绍。论述时按照由底层到高层的顺序进行。
３．１ ｐＳＯＳ简介及ＴｒｉＭｅｄｉａ ＳＤＥ对ｐＳＯＳ的支持
ｐＳＯＳ系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，它提供了一个基于开放系统标准的多任务环境。ｐＳＯＳ系统采用模块化结构，围绕ｐＳＯＳ实时多任务内核，集成了基于标准结构的各种功能模块。其系统架构主要由实时多内核ｐＳＯＳ＋、多任务及多处理器的内核ｐＳＯＳ＋ｍ、ＴＣＰ／ＩＰ管理部件ｐＮＡ＋、远程过程调用部件ｐＲＰＣ＋、文件系统管理部件ｐＨＩＬＥ＋、ＡＮＳＩ Ｃ标准库部件ｐＲＰＥＣ＋等组成。
ＴｒｉＭｅｄｉａ在得到ｐＳＯＳ系统开发商集成系统公司(ＩＩＳ)许可权的前提下，已经对ｐＳＯＳ进行了移植和标准化，并在ＴｒｉＭｅｄｉａ ＳＤＥ中发布，因此使用时不需要独立安装。在ＴｒｉＭｅｄｉａ软件架构中，ｐＳＯＳ也是通过库链接到应用程序中。ｐＳＯＳ内核的配置通过包含头文件(ｓｙｓ＿ｃｏｎｆ．ｈ)的形式来完成，头文件和内核编译后形成ｐＳＯＳ板级支持包，即ｐＳＯＳ ＢＳＰ。
３．２ 在系统中设计面向ｐＮＡ＋服务的网络接口
网络接口提供ｐＮＡ对网络的访问，并将其与物理网络隔离开来。一个ｐＮＡ＋节点可以连接一到多个网络接口，每个网络接口都分配独立的ＩＰ地址和接口号。 在设计时，网络接口须为ｐＮＡ＋提供７种不同的网络接口功能调用，在表２中将其列出。
(１)几种接口功能详细说明
ＮＩ＿ＩＮＩＴ：在ｐＮＡ＋初始化时，自动调用该功能，也可以通过ｐＮＡ＋的系统调用ａｄｄ＿ｎｉ()来激活该功能。在ＮＩ＿ＩＮＩＴ中初始化网络硬件、包缓冲池，设置网络接口的中断服务程序入口，并保存ｐＮＡ＋传递的Ａｎｎｏｕｎｃｅ＿Ｐａｃｋｅｔ入口参数包接收通知处理函数入口及一些其他网络接口参数； ＮＩ＿ＰＯＬＬ：该功能用来查询网络是否有接收包，当有接收包时，它通过Ａｎｎｏｕｎｃｅ＿Ｐａｃｋｅｔ入口点将包传递到ｐＮＡ＋；
ＮＩ＿ＩＯＣＴＬ：该功能通过ｐＮＡ＋传递的不同命令执行网络的Ｉ／Ｏ控制操作，主要有设置ＩＰ地址、多播主机地址的增加、删除等。
另外几个接口功能不再详细介绍。
(２)网络接口功能调用接口主函数ＮＩＭａｉｎ设计
上述各种网络接口功能通过一个接口主函数调用，它提供ｐＮＡ＋和网络接口之间功能调用的接口。
调用时，ｐＮＡ＋必须为ＮＩＭａｉｎ函数提供两个参数：一个整型的功能号；一个定义为ｎｉｅｎｔｒｙ联合体指针的网络接口参数。其中ｎｉｅｎｔｒｙ是由ｎｉｉｎｉｔ、ｎｉｇｅｔｐｋｂ…ｎｉｉｏｃｔｌ等结构体构成的联合，分别对应上述各功能的参数结构。所以，ＮＩＭａｉｎ函数的一般形式为： ｌｏｎｇ ＮＩＭａｉｎ（ｉｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｕｎｉｏｎ ｎｉｅｎｔｒｙ*ｐ）
{ ／*注：ＮＩ＿ＩＮＩＴ到ＮＩ＿ＯＣＴＬ常数及本文所用到各种数据结构及系统函数在ＴｒｉＭｅｄｉａ ＳＤＥ ｐＳＯＳ头文件ｐｎａ．ｈ中定义 *／
ｉｎｔ ｒｃ；
ｓｗｉｔｃｈ（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）
{
ｃａｓｅ ＮＩ＿ＩＮＩＴ： ／*ＮＩ＿ＩＮＩＴ调用处理*／
／*网络芯片及缓冲区初始化，记录网络接口号．．．*／
Ｌａｎ＿ｃｈｉｐ＿Ｉｎｉｔ（）； ＩｎｉｔＢｕｆｆｅｒ（）；
ｎｕｍｂｅｒ ＝ ｐ －＞ｎｉｉｎｉｔ．ｉｆ＿ｎｕｍ；
ｎｉ＿ｉｎｉｔ（）； ．．．
ｃａｓｅ ＮＩ＿ＧＥＴＰＫＢ：．．． ／*ＮＩ＿ＧＥＴＰＫＢ调用处理*／
ｃａｓｅ ＮＩ＿ＲＥＴＰＫＢ：．．． ／*ＮＩ＿ＲＥＴＰＫＢ调用处理*／ ｃａｓｅ ＮＩ＿ＳＥＮＤ： ．．． ／*ＮＩ＿ＳＥＮＤ调用处理*／
ｃａｓｅ ＮＩ＿ＢＲＯＡＤＣＡＳＥ：．．． ／*ＮＩ＿ＢＲＯＡＤＣＡＳＴ调用处理*／
ｃａｓｅ ＮＩ＿ＰＯＬＬ： ／*ＮＩ＿ＰＯＬＬ调用处理*／
ｃａｓｅ ＮＩ＿ＩＯＣＴＬ： ．．． ／*ＮＩ＿ＩＯＣＴＬ调用处理*／
ｄｅｆａｕｌｔ： ．．． ／*返回错误代码*／
}
ｒｅｔｕｒｎ ｒｃ：
}
可以看出，ｐＮＡ＋在调用网络接口功能时，只需传递参数指针，其具体动作都是由ＮＩＭａｉｎ函数完成，ＮＩＭａｉｎ起到了隔离网络底层和ｐＮＡ＋的作用。 (３)ｐＳＯＳ系统中加入网络接口的方法
在ｐＳＯＳ系统添加网络接口与增添其它的设备驱动程序类似，采用ＩｎｓｔａｌｌＮｉ函数完成。其函数定义格式如下面程序片段所示：
ｓｔｒｕｃｔ ｎｉ＿ｉｎｉｔ *ｐｎａ＿Ｉｎｉｔ； ／*用于传入ｐＮＡ＋配置表的
ｎｃ＿ｎｎｉ字段*／
ｖｏｉｄ ＩｎｓｔａｌｌＮｉ（ｉｎｔ（*ｅｎｔｒｙ）（），ｉｎｔ ｉｐａｄｄ，ｉｎｔ ｍｔｕ，ｉｎｔ ｈｗａｌｅｎ，
ｉｎｔ ｆｌａｇｓ，ｉｎｔ ｓｕｂｎｅｔａｄｄｒ，ｉｎｔ ｄｓｔｉｐａｄｄｒ）{
ｐｎａ＿Ｉｎｉｔ －＞ｅｎｔｒｙ ＝（ｉｎｔ（*）（））ｅｎｔｒｙ； ／*ＮＩ接口函数入口*／
ｐｎａ＿Ｉｎｉｔ －＞ｉｐａｄｄ ＝ ｈｔｏｎｌ（（ＵＬＯＮＧ）ｉｐａｄｄ）；
／*ＩＰ地址*／
ｐｎａ＿Ｉｎｉｔ －＞ｍｔｕ ＝ ｍｔｕ； ／*大传输量，以太网为１５１８字节*／
ｐｎａ＿Ｉｎｉｔ －＞ｈｗａｌｅｎ ＝ ｈｗａｌｅｎ；／*硬件地址长度，以太网为６*／
ｐｎａ＿Ｉｎｉｔ －＞ｆｌａｇｓ ＝ ｆｌａｇｓ； ／*接口标志*／
／*子网掩码、目的ＩＰ、缺省变量*／
ｎｉ＿ｐｔｒ－＞ｓｕｂｎｅｔａｄｄｒ ＝ ｈｔｏｎｌ（（ＵＬＯＮＧ）ｓｕｂｎｅｔａｄｄｒ）；
ｎｉ＿ｐｔｒ－＞ｄｓｔｉｐａｄｄｒ ＝ ｈｔｏｎｌ（（ＵＬＯＮＧ）ｄｓｔｉｐａｄｄｒ）；
ｎｉ＿ｐｔｒ－＞ｒｅｓｅｒｖｅｄ[０] ＝ ０；
３．３ ｐＮＡ＋部件的配置及初始化
ｐＳＯＳ系统中，各个部件的配置都定义成一个结构体，并存放在结点配置表中(Ｎｏｄｅ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｔａｂｌｅ)，结点配置表可以驻留在系统存储区的任意地址处。
ＰＮＡ＋部件配置表结构为ｐＮＡＣｏｎｆｉｇＴａｂｌｅ。它用来定义ｐＮＡ＋所需的硬件和特定应用信息。如ｐＮＡ＋代码入口、网络接口初始化信息、初始ＡＲＰ表、套节字数量、ｐＮＡ后台程序优先级等。
ｐＮＡ＋使用时，需要通过ｐＮＡ＋配置表结构进行初始化。在初始化设置网络接口时，需调用前面所述的ＩｎｓｔａｌｌＮｉ，调用时必须将其第一个函数指针变量参数ｅｎｔｒｙ用ＮＩＭａｉｎ代入，系统自动执行ＮＩ＿ＩＮＩＴ功能调用，使ｐＮＡ＋和特定网络接口实例关联起来。
应用程序在进行ｐＳＯＳ系统初始化时，需要将ｐＮＡ＋配置表加入结点配置表，以后就可以通过ｐＮＡ＋访问网络接口了。
３．４ 使用ｐＮＡ＋部件进行网络编程
ｐＮＡ＋部件提供了ｐＳＯＳ系统对ＴＣＰ／ＩＰ协议的支持。ｐＮＡ＋可以通过工业标准网络编程套节字Ｓｏｃｋｅｔ对ＴＣＰ／ＵＤＰ、ＩＰ、ＩＣＭＰ、ＩＧＭＰ、ＡＲＰ等进行访问。ｐＮＡ＋还提供ＮＦＳ、Ｔｅｌｎｅ、ＲＰＣ（远程过程调用）的支持。可见ｐＮＡ＋可以满足绝大多数的网络编程。 ｐＮＡ＋的软件架构可用图３表示。
ｐＮＡ＋定义了很多系统调用函数供用户编程使用，包括与Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｏｃｋｅｔ编程完全兼容的众多Ｓｏｃｋｅｔ ＡＰＩ函数，如：ｓｏｃｋｅｔ、ｃｌｏｓｅ、ｂｉｎｄ、ｒｅｃｖｆｒｏｍ、ｓｅｎｄｔｏ、ｌｉｓｔｅｎ、ａｃｃｅｐｔ、ｃｏｎｎｅｃｔ等。另外，还定义了套节字Ｓｏｃｋｅｔ的属性选项设置和控制、消息块的分配、网络接口加入等ＡＰＩ函数，如ｓｅｔｓｏｃｋｏｐｔ、ｉｏｃｔｌ、ｐｎａ＿ａｌｌｏｃｂ、ａｄｄ＿ｉｎ等。
４ 系统应用
设计的目的是将本系统用于银行监控系统中，作为多媒体音视频数据采集和网络传输的终端服务器。这种基于嵌入式技术监控系统的优点是：由于这种系统的硬件是一个与处理器和操作系统捆绑较为紧密、功能专一、专门设计的独立设备，不像插卡系统那样受通用计算机系统中其它软硬件的影响，因此性能更稳定，且便于安装，省掉各种复杂的电缆，配置简单方便，仅设置一个ＩＰ地址即可以使用了。
本系统是基于具有开放性的ＩＰ网络来实现的，具有通用性。而音视频数据处理可以按照实际应用采用各种不同的编解码标准，如ＭＰＥＧ、ＪＰＥＧ、Ｈ．２６３等。它可以用于多媒体远程监控系统、Ｗｅｂ Ｃａｍｅｒａ（网络摄像机）、视频服务器、可视电话、视频会议终端等。
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