基于IXP425嵌入式P2P板卡的设计与实现

论文摘要

多媒体的大量应用推动了流媒体技术的发展,使得流媒体的应用,诸如视频直播、视频点播、远程教学、远程医疗、视频会议等等已经深入人心,为我们的经济生活创造了极大的便利。尽管应用越来越广泛,迫切需要解决的问题也越来越多,在视频直播和视频点播中,一旦大量的客户同时向服务器申请业务时,不仅现今的带宽远远不够,服务器也会面临空前的压力,反应速度变慢,服务器的性能直线下降,而客户端也由于得不到数据而处于漫长的等待之中。本文所构建的硬件系统为解决上述服务器端和客户端的问题提供了平台。本课题以IXP425网络处理器为核心构建了嵌入式P2P板卡,并完成底层软件的定制和移植。本系统具体包括以下几部分:IXP425与其周边的存储模块、网口模块、PCI电平转换及金手指部分模块、JTAG及串口部分模块、电源及复位电路模块。其中FLASH用来装载操作系统和启动代码,SDRAM用作运行程序的空间;网口模块包括两个NPE接口,其中之一用来调试下载程序,另一个用作网络应用接口;PCI电平转换及金手指部分模块则是由于本系统将要作为PCI拓展卡的形式插在普通PC机主板插槽工作,其中涉及PCI通信规范;JTAG及串口部分模块的设计则是为了下载和调试软硬件的方便,在嵌入式系统设计中,这两部分是很成熟的技术;电源部分则是为IXP425内核和内部外围部件提供不同的电压;复位电路部分的设计严格遵守芯片对复位时序的要求。在软件设计方面,本文根据本系统的具体要求,定制和移植了启动代码Redboot和Snapgear Linux操作系统。经过大量的软硬件调试,实践证明本文所构建的嵌入式P2P板卡能稳定运行,为本课题组的软件人员提供了良好的软硬件平台,保证了本项目的顺利进行。本嵌入式P2P板卡具有一定的通用性,加上合适的软件,即可实现路由器、网关等其他一些功能。具有较高的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题实现思想与设计模型
• 1.3 论文的研究内容和论文结构安排
• 第二章 嵌入式系统的关键技术
• 2.1 ARM 核心处理器
• 2.1.1 ARM 架构处理器
• 2.1.2 ARM 处理器系列
• 2.2 PCI 总线及其接口技术的实现
• 2.2.1 PCI 总线简介
• 2.2.2 PCI 总线的特点
• 2.2.3 PCI 总线信号
• 2.2.4 PCI 配置寄存器
• 2.2.5 PCI 总线的电气特性
• 2.2.6 PCI 总线控制器的实现
• 2.3 嵌入式Linux 操作系统
• 2.3.1 嵌入式 Linux 操作系统的特点及优势
• 2.3.2 嵌入式 Linux 开发步骤
• 2.4 本章小结
• 第三章 P2P 嵌入式系统的硬件设计与实现
• 3.1 嵌入式系统硬件总体结构
• 3.2 核心处理功能模块
• 3.2.1 IXP425 微处理器概述
• 3.3 存储系统部分模块
• 3.3.1 SDRAM
• 3.3.2 FLASH
• 3.4 网口模块
• 3.4.1 IXP425 中的网卡通信过程
• 3.4.2 网口模块的设计
• 3.4.3 网络通信模块的实现
• 3.5 PCI 模块及其电平转换模块
• 3.5.1 PCI 模块
• 3.5.2 PCI 电平转换模块
• 3.6 JTAG 调试模块
• 3.6.1 JTAG 调试原理
• 3.6.2 JTAG 调试模块的设计
• 3.6.3 JTAG 调试模块的实现
• 3.7 串口通信模块
• 3.7.1 串口通信原理
• 3.7.2 串口通信模块的设计和实现
• 3.8 系统配置模块
• 3.9 系统复位模块
• 3.9.1 系统重置模块
• 3.10 电源模块
• 3.10.1 板卡电源设计
• 3.10.2 电源+3.3V 到+1.3V 的转换电路设计
• 3.11 嵌入式PCI 拓展卡PCB 板的制作
• 3.12 本章小结
• 第四章 启动代码 BootLoader 的交叉编译及加载运行
• 4.1 Bootloader 的工作原理
• 4.2 BootLoader 的主要任务
• 4.2.1 与硬件相关部分的任务
• 4.2.2 与硬件无关部分的任务
• 4.3 Redboot 简介
• 4.4 BootLoader 的交叉编译
• 4.4.1 建立交叉编译工具链
• 4.4.2 修改 RedBoot 源代码
• 4.4.3 交叉编译 RedBoot 生成可执行文件
• 4.5 BootLoader 的下载运行
• 4.6 本章小结
• 第五章 Linux 内核的配置及移植
• 5.1 嵌入式 Linux 开发环境的建立
• 5.2 Linux 内核的配置
• 5.3 Linux 内核的编译
• 第六章 系统软硬件调试及问题分析
• 6.1 调试
• 6.1.1 硬件电源模块、复位模块、时钟模块的调试
• 6.1.2 JTAG 和串口的检测
• 6.1.3 网口及 FLASH 和 SDRAM 调试结果
• 6.1.4 PCI 模块的调试结果
• 6.2 问题分析及展望
• 6.2.1 整块板的布局布线有待提高
• 6.2.2 电源部分的改进
• 6.2.3 EEPROM 的删减
• 6.2.4 SDRAM 的不足
• 6.2.5 CPU 的更换
• 6.2.6 下载网口的分离模块化
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及攻硕期间取得的研究成果
• 附件