网络处理器IP2022及其在嵌入式牌照识别系统中的应用

　　介绍了Ubicom公司的最新网络处理器IP2022以及专为网络优化而设计的嵌入式实时操作系统ipOS的特点。描述了如何在中ipOS下编制以太网应用程序。给出IP2022在一个嵌入式牌照识别系统中的应用实例。

　　随着Internet技术的广泛应用，许多专家预测Internet技术将会无所不在，且是一个嵌入式技术。这就导致了一个需求，即在某些电子、电器设备中，以低成本去执行物理层（PHY）与TCP/IP函数集。嵌入式互联网技术可广泛应用于家电产品、安全设备、自动售货机、远程抄表以及工业控制等领域。

　　在大量的嵌入式应用中，为物理层提供网络连接是一个关键。然而TCP/IP网络协议栈的供应商并没有意识到这一点。通常，即使协议栈是以软件形式执行，接口也是以某种专用的硬件形式提供。Ubicom的网络处理器IP2022已经能够执行TCP/IP协议模块，也能以软件形式执行物理口，例如UART、I2C等。随着以太网MAC／PHY物理层接口需求的增长，专为执行以太网协议的软件模块(ipModule)已经实现。

　　1 1P2022介绍

　　IP2022是Ubicom公司的最新产品。IP2022芯片为网络连接应用进行了优化，十分适用于Internet基础设备和网桥／网关部分。使用Ubicom的预制软件模块和配置工具可以对芯片编程和重新编程，为多种设备间和人机间通讯应用创建了真正的单芯片解决方案。

　　IP2022内含两个全双工串化器／解串器(Ser／Des)硬件单元，能直接与各种常用网络接口相连。这种功能使其能够实现片内10 Base-T以太网、USB以及其它各种快速串行协议。由于拥有Ser／Des硬件单元，IP2022也便于从一种协议转换到另一种协议，因而也能作为协议转换器。

　　IP2022的软件模块包括10base-T以太网、USB、UART、I2C、SPI、并行从设备物理接口以及一个完整的TCP／IP堆栈。正在开发的多种附加软件可用于构建完整的端到端连接解决方案。Ubicom的Internet处理器体系结构和软件模块的组合创建了一个强大灵活的平台，使设计人员能够有信心跟上标准的更新与市场需求的变化，设计出用于未来的产品。

　　IP2022具有100MIPS的处理能力，并为通讯应用进行了优化。它能够在执行应用程序的同时，提供高速计算、灵活的I／O控制和高效的数据处理功能，因此可用于高性能物理接口和网络协议的软件实现。IP2022的工作电压为2．5V，芯片上带有内置的电荷泵，因此不需要为闪存编程而提供高电压。

　　2 IP2022操作系统中OS简介

　　ipOS是Ubicom设计的可配置的嵌入式实时操作系统。它是专为网络应用而优化的，然而不论在哪儿执行通信网络协议，都存在一个问题，就是如何最好地支持各种不同通信缓冲区／包(Buffer／Packet)的协议层。ipOS所采用的数据结构、网络缓冲区(Netbuf)为此类问题提供了一个有力且灵活的解决方案，与此同时达到了最少使用存储器的目的。

　　ipOS支持单任务与多任务操作模式。要使用单任务模式可在配置工具中关闭多任务选项。在单任务模式下，需要尽可能快地轮询调用每个物理接口和一些操作系统函数。由于仅有一个任务，在轮询循环(Polling loop)中，任何被直接或间接调用的函数必须尽可能快地返回，因为这些函数阻碍了其它系统进程的继续进行。函数在等待I／0时，不能阻塞进程的执行，这是最重要的。

　　3 10Base-T以太网的软件执行

　　3.1硬件需求

　　要给10Base-T以太网设置串化器／解串器(Ser／Des)，来自差分线接收器或片上比较器的输人数据端应连接到IP2022 Ser／Des接收器的输入端，以太网的接收／发送信号要匹配Ser／Des指定的管脚。这些管脚通过一个带有终端的变压器连接到一个RJ45插座。IP2022与以太网接口连接示意图如图1所示。

　　在这个实现中，IP2022在单个芯片上从以太网MAC／PHY层到应用层完成了网络互连的所有方面。10Base-T以太网的实现利用了IP2022片内Ser／Des单元，从而使外围器件最少。

　　IP2022工作电压为2．5V。在这个设计中，以太网接口需要5V电压而IP2022  I／0却工作在2．5V上，因此必须选择一个正确转换匝数的以太网变压器。所选的变压器或者能接受2．5V输入，或者可在电路中插入一个5V的TTL缓冲器来允许使用1：1的变压器。另一种方法是使IP2022的I／0工作在3．3V上，使用一个5V的CMOS缓冲器。在这个设计中，选择了一个1：1的变压器，因为它们更易购买，且价格合算；还有，大多数带有内置变压器的RJ45连接器仅在较为流行的1：1转换配置中有用，通过去掉电路中的缓冲器，可进一步简化电路。