DSP以太网接口设计与实现文献综述

 2022-11-08 03:11

文献综述

引言

DSP（Digital Signal Processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。它强大的数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。随着网络技术的发展，在工业控制、智能仪器、智能家庭等领域，越来越多的DSP设备要求具有以太网通信功能，以便与外部网络设备进行数据通信。CS8900A是一款 0.18um CMOS 工艺的单芯片器件，内部集成 10/100M 以太网控制器，MAC和TCP/IP协议栈。CS8900A使用方便、稳定可靠，广泛应用于高性能低成本的Internet 嵌入式系统[1]。

  1. 研究背景
    1. 各种局域网类型比较

在嵌入式系统的设计中需要总线来实现器件之间、功能模块之间、设备之间的通信功能。选择一个合适的总线往往是设计成败的关键因素。

    1. 以太网
      以太网（Ethernet）指的是由Xerox（施乐）公司创建并由Xerox（施乐）、Intel（英特尔）和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是现有应用中的局域网中采用的最通用的通信协议标准。在20世纪70年代中期，美国Xerox公司提出了以太网这个新概念，通过以太网超过100个网站可以不需要预先知道对方站点的信息就可以以非常高速的数据传输速率进行数据通信，通过约 1000m 的同轴电缆，数据传输速率从最初的 3Mb/s发展到后来的10Mb/s。

以太网自1973年被提出以来经过的长足的发展。在1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器 FastSwith10/100 和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术得以正式应用。随后，Intel、SynOptics、3COM等公司相继推出自己的快速以太网装置。与此同时IEEE 802工程组对100Mbps以太网的各种标准进行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3快速以太网标准。就这样开始了快速以太网的时代。在经历了上100M以太网在上世纪末的飞速的发展后，目前千兆以太网甚至10G以太网正在国际组织和领导企业的推动下广泛逐渐应用[2]。

    1. 令牌环网
      令牌环网（Token-ring network）常用于IBM系统中，其支持的速率为4Mbps和16Mbps两种。目前Novell、IBM LAN Server支持16Mbps IEEE802.5/令牌环网技术[3]。在这种网络中，有一种专门的帧称为“令牌”，在环路上持续地传输来确定一个结点何时可以发送包。

令牌环网是IBM公司于70年代发展的，21世纪以后这种网络比较少见。在老式的令牌环网中，数据传输速度为4Mbps或16Mbps，新型的快速令牌环网速度可达100Mbps。令牌环网的传输方法在物理上采用了星形拓扑结构，但逻辑上仍是环形拓扑结构。其通信传输介质可以是无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等。 结点间采用多站访问部件（Multistation Access Unit，MAU）连接在一起。MAU是一种专业化集线器，它是用来围绕工作站计算机的环路进行传输。由于数据包看起来像在环中传输，所以在工作站和MAU中没有终结器[7]。

    1. 光纤分布式数据接口
      光纤分布式数据接口（Fiber Distributed Data Interface，FDDI）它是于80年代中期发展起来一项局域网技术，它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10Mbps）和令牌网（4或16Mbps）的能力。FDDI标准由ANSI X3T9.5标准委员会制订，为繁忙网络上的高容量输入输出提供了一种访问方法。FDDI技术同IBM的令牌环网技术相似，并具有LAN和令牌环网所缺乏的管理、控制和可靠性措施，FDDI支持长达2KM的多模光纤。FDDI网络的主要缺点是价格与以太网相比贵许多，且因为它只支持光缆和5类电缆，所以使用环境受到限制[6]。

当数据以100Mbps的速度输入输出时，在当时FDDI与10Mbps的以太网和令牌环网相比性能有相当大的改进。但是随着快速以太网和千兆以太网技术的发展，FDDI的应用日趋减少。因为FDDI使用的通信介质是光纤，这一点它比以太网及现在的100Mbps令牌网传输介质要贵许多，然而FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问，所以在目前FDDI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用。

    1. 异步传输模式
      异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）发始于70年代后期。ATM是一种较新型的单元交换技术，同以太网、令牌环网、FDDI 网络等使用可变长度包技术不同，ATM使用53字节固定长度的单元进行交换。它是一种交换技术，它没有共享介质或包传递带来的延时，非常适合音频和视频数据的传输[4]。ATM 主要具有以下优点:

（1）ATM使用相同的数据单元，可实现广域网和局域网的无缝连接。

（2）ATM支持VLAN（虚拟局域网）功能，可以对网络进行灵活的管理和配置。

（3）ATM 具有不同的速率，分别为 25、51、155、622Mbps，从而为不同的应用提供不同的速率。

    1. 无线局域网
      无线局域网（WireLess Lan，WLAN）是目前最新，也是最为热门的一种局域网类型，无线局域网与传统的局域网主要不同之处就是传输介质不同，传统局域网都是通过有形的传输介质进行连接的，如同轴电缆、双绞线和光纤等，而无线局域网则是采用空气作为传输介质的。正因为它摆脱了有形传输介质的束缚，所以这种局域网的最大特点就是自由，只要在网络的覆盖范围内，可以在任何一个地方与服务器及其它工作站连接，而不需要重新铺设电缆。这一特点非常适合那些移动办公一簇，有时在机场、 宾馆、酒店等（通常把这些地方称为“热点”），只要无线网络能够覆盖到，它都可以随时随地连接上无线网络，甚至Internet[5]。

无线局域网所采用的是802.11系列标准，它也是由IEEE 802标准委员会制定的。目前这一繁育列标准主要有4个标准，分别为：802.11b、802.11a、802.11g和802.11z，前三个标准都是针对传输速度地热异常进行的改进，最开始推出的是 802.11b，它的传输速度为11MB／s，因为它的连接速度比较低，随后推出了802.11a标准，它的连接速度可达 54MB／s。但由于两者不互相兼容，致使一些早已购买 802.11b标准的无线网络设备在新的802.11a网络中不能用，所以在今年前些时候正式推出了兼容802.11b与802.11a两种标准的802.11g，这样原有的802.11b和802.11a两种标准的设备都可以在同一网络中使用。802.11z是一种专门为了加强无线局域网安全的标准[6]。因为无线局域网的“无线”特点，致使任何进入此网络覆盖区的用户都可以轻松以临时用户身份进入网络，给网络带来了极大的不安全因素，为此802.11z标准专门就无线网络的安全性方面作了明确规定，加强了用户身份论证制度，并对传输的数据进行加密。

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