摘要：针对TMS320C6678DSP的嵌入式网络实现方案，对该DSP的网络控制模块和NDK进行了深入地研究与分析，实现了SYS/BIOS系统下NDK组件的初始化及配置。并以PC与DSP之间网络通信为例，介绍了PC端Winsock与DSP的NDK开发流程，通过PC与DSP的网络通信数据传输的测试，分析了影响网络通信速率的几个因素。实验结果表明，使用NDK提供的组件，可以方便快捷地实现网络应用开发。
关键词：嵌入式系统；TCP/IP协议；数字信号处理器（DSP）；网络开发包（NDK）
网络通信作为一种有效的通信方式，在DSP应用开发中占据越来越重要的地位。从DSP设备实时获取监控或测量的数据、向DSP设备发送命令控制其采取适当的处理行为等，都需要网络通信的支持。随着嵌入式网络通信技术研究与应用越来越广泛，网络通信处理技术越来越成熟。TI公司推出了TCP/IP协议栈。此协议栈与TI网络开发工具包NDK(NetworkDeveloper'sKit)结合在一起使用。NDK是一个基于SYS/BIOS实时操作系统的网络协议栈，目前主要用于开发和验证TIC6000系列和ARM系列嵌入式处理器的网络应用功能。包含在NDK版中的代码是通用的C代码。NDK栈作为一个快速的原型平台为开发网络和包处理程序提供服务。它能用于向已经存在的应用程序中添加网络连接，以支持网络的通信、配置和控制。基于SYS/BIOS的网络开发组件，提供网络协议栈的支持，提供基本网络服务开发的接口，简化了DSP网络应用程序的开发[1]。NDK仅用200～250K的程序空间和95K的数据空间即可支持常规的TCP/IP服务，包括应用层的TELNET、DHCP和HTTP等协议，可使基于数字信号处理技术的因特网终端的网络连接成本大大降低。因此，NDK很适合目前的嵌入式系统硬件环境，是实现DSP网络开发的重要支撑工具。
1NDK的功能架构
如图1所示，NDK主要由5个库组成，分别是硬件抽象库（hal.lib）、网络控制库（netctrl.lib）、网络工具库（nettool.lib）、操作系统库（os.lib）和协议栈库（stack.lib）。(1)硬件抽象库HAL将具体的底层硬件抽象为一个硬件抽象层与NDK隔离，主要负责管理与网络相关的硬件资源，为NDK提供一组编程接口。包含硬件外设到NDK的接口，例如，计时器、LED指示灯、以太网设备和串口等。(2)网络工具库NETTOOL库中包含了NDK提供的所有基于网络服务的套接字，以及一些用于网络应用程序开发的工具。在网络工具库中最常用的组件是基于标签的配置系统，它几乎控制栈及其服务的每个方面[2]。(3)操作系统库将DSP/BIOS操作系统的功能抽象为一个操作系统适配层与NDK隔离，将某些抽象的操作系统调用映射到SYS/BIOS函数调用。这个适应层允许SYS/BIOS系统程序员将NDK系统调整到任何基于SYS/BIOS的操作系统中。(4)协议栈库主要是TCP/IP协议栈，它包含以太网和点到点协议顶层套接字层的所有内容。TCP/IP协议栈是主要的TCP/IP网络功能库，该库构建在SYS/BIOS操作系统之上，实现了从上层套接字到底层链路层的所有功能。STACK库是基于SYS/BIOS编译的，能充分利用SYS/BIOS操作系统，在平台间迁移时不需要移植。(5)网络控制库NETCTRL是协议栈配置、初始化和事件调度的核心，它控制TCP/IP与外部的交互。在所有的协议栈模块中，它对NDK的操作时最重要，其功能：a)负责NDK的初始化和底层设备驱动；b)通过配置服务回调函数启动和维护系统配置；c)向底层设备驱动提供接口，同时调度驱动事件；d)在退出时卸载系统配置和清理驱动。
2NDK协议栈的配置和初始化
NDK协议栈初始化的基本过程：(1)运行StackThreadBegin（Global.stackBe-ginHook）挂钩函数。注意在这个挂钩函数中，任何与NDK相关的代码都不能运行，因为NC_Syste-mOpen()函数还没有运行。(2)用初始化函数对操作系统环境进行初始化：NC_SystemOpen(Priority，OpMode)，它的两个参数Priority和OpMode分别决定网络事件调度器在SYS/BIOS线程中的优先级和操作模式。这个函数必须在NDK相关的函数被调用之前调用。(3)通过CfgNew()创建一个新的配置。一旦创建了配置句柄，就可以将配置信息装载到句柄中，既可以整体装载，也可以采用一次一个条目的形式进行装载。(4)通过配置函数API的调用构建新配置或加载一个原来存在的配置：CfgLoad()/CfgAddEntry()，两者的区别在于整体装载还是逐一进行装载，装载的参数包括：网络主机名，IP地址和子网掩码，默认路由的IP地址，需要执行的服务（例如：DHCP、DNS和HTTP），命名服务器的IP地址，协议栈的属性（例如：IP路由、套接字缓存大小等）。(5)通过调用NC_NetStart()函数，用上面的配置启动协议栈。该函数由四个参数：配置句柄、指向开始函数的指针、指向结束函数的指针和指向IP地址时间的函数。开始函数和结束函数只被调用一次，开始函数在初始化结束后准备执行网络应用程序时调用，IP地址事件函数允许被多次调用，NC_NetStart()函数直到协议栈绘会话终止才返回。(6)在一些初步的初始化后，NC_NetStart()函数创建一个新的线程，这个新的线程会调用生成的NetworkOpen()函数。NetworkOpen()函数根据网络需求创建网络任务线程。(7)在正常操作下，协议栈直到函数NC_Net-Stop()被调用才会关闭。(8)当NC_NetStart()返回且会话结束后，调用Cfg_Free()释放配置句柄。(9)当所有资源释放后，调用NC_System-Close完成系统关闭操作[3]。NDK的初始化流程如图2所示。
3NDK与PC通信测试的实现
PC与DSP的网络通信是经常使用的场景之一，采用C/S的网络开发架构，基于socket进行PC与DSP通信的程序设计，PC端作为server，DSP端作为client，在DSP端发送数据，PC端收到数据后不作任何处理，把接收到的数据回传给DSP，在DSP端统计往返时间及误码率。程序流程图如图3所示。这里采集100次往返时间进行统计分析，DSP端发送接收缓冲区默认设置8192字节。这里从PC操作系统的CPU负载情况进行测试分析，CPU占用率70%时的通信速率统计结果如图4、图5所示。为了测试PC操作系统CPU占用率比较低的情况下的网络通信速率，将与测试无关的进程关闭，减轻CPU的负载。PC操作系统CPU占用率为10%的通信速率统计情况如图6、图7所示。从图4到图7可以看出：在Windows系统占用率低的时候，通信时间的波动确实减小，往返时间也相应的减少了。通信往返时间受PC端影响较大，因为Windows是非实时系统，在消息处理上有其内在的机制。DSP端是实时系统，所以延迟小，响应快。另外，对数据进行校验误码率为零。另外在测试中关闭了Nagle算法与关闭前进行数据对比分析，发现关闭Nagle并不能减少太多时间。对于socket还有其他设置选项如发送缓冲区大小，接收缓冲区大小以及重传超时时间设置等，可以根据具体的应用进行相关的设置，提高网络通信效率。
4结束语
通过NDK对TCP/IP协议栈进行初始化和配置，实现了PC与DSP的网络通信，完成了数据网络通信工作，测试研究表明NDK开发套件使用方便，性能优良可靠，可以最大限度地节省开发时间和成本，是嵌入式DSP网络开发的首选。
参考文献：
[1]张枫.基于NDK的DSP网络接口移植开发设计[J].网络与通信，2013(3)：45-47.
[2]梁迅.基于NDK的DSP网络编程[J].计算技术与自动化，2005(3)：79-82.
作者：郑佳晶 高荣荣 单位：中国电子科技集团公司第四十五研究所