一种新型网络处理器ip2022

出处：cgchb 发布于：2008-08-29 16:46:56

　　随着Internet的发展，将嵌入式系统与网络相连已成为一种趋势。美国Ubicom公司在继SX微控制器后，又推出一种功能更为强大的网络处理器ip2022。他在一个芯片上支持通信物理层、Internet协议栈、特定设备应用和特定设备的外设软件模块，并可在Internet上重构。同时，用户可使用预创建软件模块和配置工具来对其进行编程和重编程，从而可为各种设备间和人机间的通信创建真正的单片式网络应用方案。

　　1结构特点

　　ip2022采用RISC结构，带有片上flash程序存储器，具有在线和离线编程调试功能及单字节时钟周期精简指令集，用四阶段并行流水线方式执行指令，有极高的代码效率和指令运行速度，速度可达120 MIPS。其内部已集成了FLASH/RAM、模拟比较器、定时器等多种功能部件，可以在通用I/O口上实现USB、SPI等各种接口。与SX系列不同，ip2022能实现物理层接口及多种网络协议。这主要是因为他内含2个全双工串化器/解串器（Ser/Des）和4个线性反馈移位寄存器(LFSR)。

　　Ser/Des可实现片内10 BaseT以太网（MAC和PHY）、USB、GPSI、SPI、UART以及其他各种串行协议。其内含的2个Ser/Des部件，能方便地从一种格式转换为另一种格式，所以也能作协议转换器。由于硬件实现数据串化/解串，极大地减少了串行通信所需的带宽。

　　每个SERDES单元有8个外部数据信号: SxCLK，SxRXD，SxRXM，SxRXP，SxTXM，SxTXME，SxTXP，SxTXPE/SxOE。SETDES1与管脚E复用，SERDES2与管脚F复用，SxOE与SxTXPE复用。在实现不同的协议时，所需的信号也不同，并不是所有的信号都要用到。具体的使用情况见表1。

　　线性反馈移位寄存器能实现数据通信中常用的一些算法，如 CRC校验、加密/解密、HASH算法等。其结构也能通过编程重新进行设计，以满足Bluetooth，Ethernet，Homeplug，HomePNA，HomeRFI，EEE80211，USB等通信协议中用到的各种算法。
　　2SDK及软件模块:

　　ip2022以软件模块（ipModules）形式实现外设通信和控制功能，比传统硬件具有更大的系统设计灵活性。该软件模块加上缓冲器管理技术所编写的代码，其大小只是用Linux实现的20%。ip2022还提供有TCP/IP网络协议栈，并具有一系列完整的端到端连通方案所必须的附加软件。SDK软件包便于开发者用ip2022网络处理器设计嵌入式Internet应用。他包含了很多通用连接应用软件，如网络服务器、以太网、文件管理及flash更新。高度集成的模块及高效设计使ipModules代码小、强健、可配置、可扩展。开发者也可按照指导方案利用API库增加自己的程序模块。SDK包含的ipModule主要有：ipOS，ipStack，ipWeb，ipEthernet，ipSPI，ipFile等。

　　(1)ipOS操作系统模块

　　ipOS是Ubicom自己开发的操作系统，连同TCP/IP协议栈、Web服务器、FLASH文件、以太网控制器等软件在内，才占据41 K FLASH存储器和2 K片上SRAM。而其他同类产品中，如NetSilicon的 NET+ARM，要大100多倍。即使是VxWorks，也有其10倍之多。ipOS操作系统可为单任务内核，也可为带任务管理器的多任务内核，能保证系统正常工作并简化调试。他支持实时调度，可以根据需要选用另一种供选择的时序策略，采用同步机制满足各种不同应用要求，实现了动态内存管理。

　　ipOS模块支持其他ipModule及开发应用程序支持8位到32位体系结构，开发者可根据自身需要进行选择。不需要的功能可从终执行软件中删去。

　　(2)ipStack协议栈模块

　　ipStack 模块是符合工业标准的TCP/IP网络连接协议栈，他提供直接Internet寻址功能。设计者不需使用外部物理接口芯片或PC网关就能设计嵌入式网络设备。该模块可加载在ip2022网络处理器的片上FLASH程序存储器。FLASH存储器和软件协议栈相结合，极大地缩短了开发时间。

　　ipStack提供了ipv4网络服务。在协议栈的上层可实现高层服务，如HTTP网络服务器和SNMP网络管理代理。ipStack提供如下RFC协议：


　　(3)ipEthernet以太网模块

　　ipEthernet模块完全实现了10BASET(IEEE802.3)以太网物理层接口，包括MAC和PHY功能。这样，只须使用一个ip2022和少量的外部电路就能实现嵌入式设备接入Internet。将ipEthernet和ipStack结合起来，就能实现以太网TCP/IP节点，真正解决了单片以太网连接方案。

　　(4)ipWeb网络服务器模块

　　ipWeb模块实现了HTTP和Web服务器。能和Flash文件模块结合起来，实现与Web浏览器的交互通信，支持GET，POST，HEAD请求方式。

　　(5)ipIO输入输出模块

　　ipIO模块提供了物理接口，如 UARTs，LCD 驱动，SPI and I2C。其以太网驱动程序包括RTL8019、3c509 and ne2000。
　　3开发工具

　　在ipModule软件开发工具组件主要包括Ubicom集成IDE、GNUPro工具系列和Ubicom配置工具。Ubicom集成IDE提供了直观的用户界面。包括编辑器、项目管理器、设备调试器及ipModule软件包的配置工具，便于开发者编写代码，调试程序。他也具有其他特征，如版本控制、HTML文档显示。能运行在Windows 98/NT/Me/2000操作系统下。IDE和GNUPro工具紧密结合，GNUPro工具包括优化C编辑器、汇编程序、链接器、GNU调试器和仿真器。

　　ip2022网络处理器主要是通过SDK的软件模块和开发者编写的代码来进行配置。为便于开发，Ubicom提供了配置工具。他使得开发者能选择合适的ipModule，并对模块进行设定，确定各模块之间的关系，自动链接到目标代码。
　　4应用情况

　　ip2022通信产品以评估套件的形式提供给用户，主要有2种基本形式：基于以太网协议的堆栈套件和基于Internet的堆栈套件。他们均按通信控制器要求配置，方便用户接入以太网和Internet。

　　以太网协议栈支持ARP，DHCP，IP，ICMP，TCP，UDP，HTTP，STMP协议，其套件包括网络服务器和电子邮件应用，使之能实现HTTP和SMTP应用协议；Internet协议栈支持PPP，TCP/IP，HTTP，STMP，POP3等协议，其套件提供了网络服务器，能实现与网络浏览器之间的通信，还提供了在应用层的STMP和POP3协议的电子邮件应用。
　　5未来展望

　　ip2022是ip2000系列网络处理器芯片的第1款，为网络连接应用进行了优化。他速度高、可达120 MIPS，能实现多任务操作，即在完成数据采集或控制的同时把数据打包发送到Internet。用软件来实现各种协议处理，便于将来在不改变硬件的情况下，只须改变内置程序即可升级整个系统的功能。此外，还提供了评估套件和各种软件模块，缩短了开发时间。因此，ip2022具有广阔的应用前景。