基于以太网协议的XPC目标与DSP间的通信

罗 奇 余永元 龙 航 张晓航

（贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 550025）

0 引言

xPC 目标[1]是一个实时的内核系统，是由Mathworks 公司基于RTW框架体系提供和发行的产品。该系统采用32 位保护模式运行在目标机上，用于产品的原型开发和测试。支持多种类型的I/O 设备，用户只需安装相关软件和编译器就可将一个PC 兼容机作为xPC 目标实时系统。

以太网具有灵活性高、传输速度快，满足全双工通信，易于实现。采用载波多路访问和冲突检测(CSMA/CD)机制，数据传输速率快，适合于传输TCP/IP 数据，xPC 目标通过连接以太网与宿主机通信。本文用到的RTL8019AS 芯片是高度集成以太网控制器，它可以方便的的解答即插即用NE2000 兼容适配器。基于以太网的xPC 目标能够方便的实现DSP 的通信。xPC 目标与DSP 通信系统如图1 所示。

图1 xPC 与DSP 通信系统

1 xPC 目标及其网卡配置

1.1 xPC 目标

xPC 目标采用双机模式，即宿主机（上位机）控制目标机（下位机）的技术途径，其中，宿主机搭建Simulink 模型，通过编译下载到目标机执行控制器代码。xPC 目标要实现宿主机与目标机之间的通信，可以通过以太网连接或者串口线连接来实现

xPC 目标的功能强大，操作简单，用户可以很方便实现对实时系统的快速原型化、测试和配置功能[2]。

（1）普通配置的PC 机都可以作为目标机嵌入xPC 实时系统，在此系统中实时运行Simulink 和RTW 通过编译生成的应用程序。

（2）具有丰富的I/O 设备驱动模块库，支持多种CAN 总线。

（3）宿主机和目标机通信通过RS232 串口或者以太网TCP/IP 协议实现。

（4）MATLAB 应用程序界面采用客户/服务模式，提供了九十多种函数用于宿主机对目标机的控制。

（5）可以在程序运行时从宿主机或者目标机上动态调参。

（6）在宿主机和目标机上都可以进行交互式的数据可视化和信号跟踪。

（7）支持Microsoft Visual C/C++5.0 以上版本的开发工具。

1.2 xPC 目标机网卡配置

本文中，宿主机和目标机之间的通信，目标机与DSP 之间的通信，都是通过连接以太网来实现。因此xPC 目标机需要配备两块以太网卡，一片用于xPC 目标跟宿主机通信，另一片用于xPC 跟DSP 间的通信。

xPC 目标机跟宿主机之间的通信可以选择普通的网卡，市场最常见的10M/100M 网卡都可以满足要求。在Matlab 命令窗口输入-xpcexplr 命令，调出宿主机与xPC 目标通信连接界面。首先设置宿主机和xPC 目标机的通信类型是基于以太网TCP/IP 协议。然后设置xPC 目标的IP 地址和端口号，这里要注意目标机的IP 要和宿主机的IP 处于同一网段，例如xPC 的IP 可以设成192.168.1.9，那么宿主机的IP 要设成192.168.1.X。如果不是同一网段，宿主机和目标机就不能连通。设置好参数之后就可以点击连接，如果绿灯亮，则表示可以宿主机可以编译和下载程序到目标机。

用于跟DSP 通信的网卡则需要选择Intel 8255X 系列和Intel Gigabit 系列的网卡，可以参考文献[3]。图2 是在Matlab/Simulink 搭建的基于TCP/IP 协议的发送/接收模型：

图2 Simulink 中发送和接收模型

模型参数设置

1）利用以太网卡初始化模块进行初始化设置，这其中包括网卡的总线数目，PCI 插槽的序号，发送数据网卡的MAC 地址。

2）设置创建以太网数据包模块中的MAC 地址，这里是DSP 的MAC，类型设为’0800’表示创建的是基于TCP/IP 协议数据包。

3）连接宿主机和xPC 目标机，成功之后点击编译，模型下载到xPC 目标机，在xPC 目标机输入-start，开始发送数据包。

2 DSP 实现通信

DSP28335 的以太网连接芯片选用由台湾Realtek 公司生产的基于ISA 总线的10Mbps 以太网控制器芯片RTL8019AS，该芯片实现以太网媒介访问层（MAC）和物理层（PHY）的功能[4]，其中包括MAC 数据帧的收发、地址识别、CRC 校验、曼彻斯特编码解码等功能。

2.1 DSP 配置MAC 和IP 地址

在接收数据之前需要配置DSP 的MAC 和IP 地址，以及xPC 目标发送数据包的网卡IP 地址。这一部分的实现需要在程序中进行配置，部分程序如下所示：

2.2 DSP 实现TCP/IP 协议通信

DSP 初始化寄存器和网络芯片RTL8019AS，并且开启中断.当有网络数据到达时，DSP 采用中断方式读取以太网数据并进行分析。xPC 发送过来的数据是用TCP/IP 协议封装好的标准以太网帧，DSP 收到的数据首先存储在RTL8019AS 的缓存中，然后调用接收数据帧函数将数据读入DSP。读数据包之前，可以通过读BNRY 指针和CURR指针[5]来判断是否接收到数据包，BNRY＝CURR 说明没有数据包接收，当两个指针变量有差值时说明有数据包收到。

完成xPC 目标和DSP 配置后，先启动xPC 目标机，然后启动DSP。就可以在xPC 目标机上观测xPC 目标发送的信号和接收来自DSP 反馈回来的信号。具体波形如图3 所示：

图3 xPC 目标发送信号和DSP 反馈信号

3 结束语

本文基于以太网TCP/IP 协议实现了xPC 目标与DSP 的全双工通信，xPC 目标通过以太网卡给DSP 发送数据，DSP 正常接收数据并反馈给xPC 接收，实验所得结果满足期望，两个信号之间的延时延时小，丢包率低，同时也验证了基于以太网TCP/IP 协议通信的可靠性。

［1］杨涤，等.系统实时仿真开发环境与应用[M].北京：清华大学出版社，2002.

［2］陶建峰，朱野，等.xPC 目标及其API 函数在实时控制软件开发中的应用[J].上中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集，2000.

［3］xPC TargetTMI_O Reference Guide[M].The Math works Inc，2003.

［4］张颖，张长利.基于DSP 的具有以太网接口的嵌入式系统设计[J].煤矿机械，2005.

［5］肖守邦，等.DSP 以太网通信接口设计[J].中国高新技术企业，2008.