引领家庭多媒体
2008-09-24 11:25:05
来源：《半导体器件应用》2008年9月刊
1. 前言
按每平方英尺算，车内的多媒体很可能要比家里的多。后座有孩子们用的液晶显示屏，由 DVD 播放器或视频游戏控制台掌控。车里的音频系统由最新 MP3 播放器驱动。有些豪华车里还有导航系统，甚至广播电视。另外，车里的喇叭也很可能比高端环绕音响系统的喇叭还多。难怪马路上有那么多走神的司机。您需要的是一个简单的控制界面；而制造商需要的是一个复杂的网络。
MOST（Media Oriented Systems Transport，面向媒体的系统传输）是在汽车制造商和供应商中越来越受推崇的一种网络标准。它提供了一个可以管理所有多媒体设备的单个界面，其强势所在，是能够处理针对不同目标的多个数据流，而不失和谐。准时数据（On—time data）：这是连家庭网络都无法保证的。
本文将探讨 MOST 网络，并演示 Xilinx MOST 解决方案的灵活性。
2. 管窥MOST技术
MOST 网络以光纤为载体，通常是环型拓扑。时钟和串行化数据是双相编码的，布线只需单根光纤。MOST 可提供高达 25Mbps 的集合带宽，远远高于传统汽车网络。也就是说，可以同时播放 15 个不同的音频流。
每个多媒体设备由环中的一个节点代表。常见的 MOST 网络有 3 到 10 个节点。一个时序主控者（timinq master）负责驱动系统时钟、生成帧数据即 64 字节序列数据。剩下的节点都充当从控者（Slave）。一个节点充当用户控制界面或 MMI（人机界面）。通常，此节点也是时序主控者。图 1 所示为基本的 MOST 环。
主要有效载荷包含 64 字节帧里的 60 字节。此有效载荷由同步域和异步域组成。
同步域用于以传输连续数据；音频和视频属于此类别。异步域用于互联网访问、导航数据传输和通讯录同步等应用中的零散数据的传输。另外，此通道还可用于控制单元的固件升级。
节点可在其指定的时隙发送或接收数据。一个时隙指的是有效载荷内的一个同步字节，它在请求节点和时序主控者间动态分配。通常，一个节点会将数据发送到时隙，同时任意数量的其他节点会从该时隙收集数据。
同步和异步间的边界由时序主控者动态控制。在任意给定的帧内，同步域可能为 4 到 60 字节，而将该 60 字节中的剩余字节留做异步域。
帧的剩余 4 字节分配给（帧）头（header）、（帧）尾（trailer）和控制信息。（帧）头含有帧对齐的前同步码。尾的作用之一是奇偶校验。控制域用于网络相关的消息。这些消息可以是低级别消息，如时隙的分配和重新分配。相反，它们也可以是由操作符（如播放下一曲、音量控制、或重复播放）发出的高级别应用消息。
3. 让 MOST 发挥更大作用
不必将外部 MOST 控制器芯片连接到微控制器或 DSP，就可以将所有的组件都集成到一个 FPGA 中。对于开发人员来说，外部组件少、PCB 空间小就意味着节省成本。
Xilinx 提供一种完全可参数化的 MOST 网络接口控制器（NIC）IP核。可以将该核定制为时序主控者，或者使用仅有从控者的配置，以减少逻辑。此核由一整套通过片上外设（OPB）接口可访问的寄存器控制。OPB 接口可与 Xilinx Platform Studio 中包含的 Xilinx MicroBlazeTM 32 位 RISC 处理器核无缝协同工作。
一整套低级别驱动程序文件在 C 源代码中已经可用了。该驱动程序提供了一系列用于访问寄存器空间、处理中断和将数据以流方式传输到核的功能。Mocean Laboratories AB 针对完整网络堆栈的 IP 核提供了 MOST 网络服务，只需编写自己需要的应用（程序）就可以了。
Xilinx MOST NIC 的独特之处在于可实时预处理数据的流端口接口。对于栓接数据滤波器或加密/解密模块来说，这无疑是个理想的选择。LocalLink 接口是一种 Xilinx 标准，它能通过卸载专用过程显著降低处理器和处理器总线的流量。此接口可用于多种用途，可利用它接收或发送读或写数据。最妙的是，如果不想使用此接口，Xilinx 实现工具会移除不必要的逻辑，从而节约资源，使设计能适用于更小的器件中。
同步数据要么在流端口接口收发，要么在 OPB 接口收发。无论选用什么方法、分配多少个时隙，核都会为这些用户界面将数据设置为 32 位字格式。通过逐个定义寄存器的方式，核把存放在 16 个逻辑通道中某一个的接收时隙数据累积起来。发送方向与之相反。使用这些逻辑通道，每一个方向都能允许 16 个不同的数据流。
Xilinx MOST NIC 核十分灵活。请再看看图 1 中的MOST 环，图中说明了如何使用 Xilinx MOST NIC 设计每个节点。可以将该核配置为时序主控者，用做 MMI。作为时序主控者，核会发送和接收控制环操作的控制信息。该节点还会代表用户发送应用消息，同样也是通过控制域。还可以将驱动程序文件和 Mocean 的网络服务添加到 MicroBlaze 之上，用于事件调度。
可以通过添加一个噪声滤波器螺栓将 MP3 播放器转化为高端音频馈送，以消除音频压缩的非自然信号。有效载荷数据可从编解码器出发，经过噪声滤波器，直接进入流端口，而完全避免（占用）OPP 总线。与前述一样，可以将 MicroBlaze 嵌入式处理器用于中断处理和事件调度。图 2 所示为此设计的框图。
至于放大器，可设想一个最小设计，只接收数据并将接收到的数据发送给喇叭。可以实现一个能够进行完整网络协商和数据收集的较小用户设计，而不像在 MP3 节点中那样使用嵌入式处理器。此压缩设计可以放入更小的器件，从而进一步节省成本。
4. 结论
如果您开的是高端欧洲车，车内可能已经有了 MOST网络。在欧洲运营的 OEM 们已认可 MOST 为事实上的汽车网络标准。而我们这些开着不那么昂贵的车的人，也不用等太久了。伴随着竞争的出现，这一度私有的标准，对成本小心翼翼的汽车制造商也逐渐负担得起了。
随着更大量数据（从音频到视频、远程信息处理和基于导航的应用）需求的增长，MOST 网络技术也计划扩大。下一代标准（MOST 50）已定义，可提供原标准两倍的带宽。在撰写本文时，MOST Cooperative 正在规划第三代网络，预计数据速率将达到 150Mbps 及更高。这些更新最终将不仅把可用的应用带宽增加一个数量级，还期望支持铜和光学物理两种介质。
目前，Xilinx MOST NIC 已经可以通过 CORE GeneratorTM 软件获得。它占用 6 个Block RAM 和大约 2，600 个 slice，适合中等尺寸的 SpartanTM-3E 器件，还为嵌入式处理器、外设、缓冲器和自定义的电路留有空间。
按每平方英尺算，车内的多媒体很可能要比家里的多。后座有孩子们用的液晶显示屏，由 DVD 播放器或视频游戏控制台掌控。车里的音频系统由最新 MP3 播放器驱动。有些豪华车里还有导航系统，甚至广播电视。另外，车里的喇叭也很可能比高端环绕音响系统的喇叭还多。难怪马路上有那么多走神的司机。您需要的是一个简单的控制界面；而制造商需要的是一个复杂的网络。
MOST（Media Oriented Systems Transport，面向媒体的系统传输）是在汽车制造商和供应商中越来越受推崇的一种网络标准。它提供了一个可以管理所有多媒体设备的单个界面，其强势所在，是能够处理针对不同目标的多个数据流，而不失和谐。准时数据（On—time data）：这是连家庭网络都无法保证的。
本文将探讨 MOST 网络，并演示 Xilinx MOST 解决方案的灵活性。
2. 管窥MOST技术
MOST 网络以光纤为载体，通常是环型拓扑。时钟和串行化数据是双相编码的，布线只需单根光纤。MOST 可提供高达 25Mbps 的集合带宽，远远高于传统汽车网络。也就是说，可以同时播放 15 个不同的音频流。
每个多媒体设备由环中的一个节点代表。常见的 MOST 网络有 3 到 10 个节点。一个时序主控者（timinq master）负责驱动系统时钟、生成帧数据即 64 字节序列数据。剩下的节点都充当从控者（Slave）。一个节点充当用户控制界面或 MMI（人机界面）。通常，此节点也是时序主控者。图 1 所示为基本的 MOST 环。
主要有效载荷包含 64 字节帧里的 60 字节。此有效载荷由同步域和异步域组成。
同步域用于以传输连续数据；音频和视频属于此类别。异步域用于互联网访问、导航数据传输和通讯录同步等应用中的零散数据的传输。另外，此通道还可用于控制单元的固件升级。
节点可在其指定的时隙发送或接收数据。一个时隙指的是有效载荷内的一个同步字节，它在请求节点和时序主控者间动态分配。通常，一个节点会将数据发送到时隙，同时任意数量的其他节点会从该时隙收集数据。
同步和异步间的边界由时序主控者动态控制。在任意给定的帧内，同步域可能为 4 到 60 字节，而将该 60 字节中的剩余字节留做异步域。
帧的剩余 4 字节分配给（帧）头（header）、（帧）尾（trailer）和控制信息。（帧）头含有帧对齐的前同步码。尾的作用之一是奇偶校验。控制域用于网络相关的消息。这些消息可以是低级别消息，如时隙的分配和重新分配。相反，它们也可以是由操作符（如播放下一曲、音量控制、或重复播放）发出的高级别应用消息。
3. 让 MOST 发挥更大作用
不必将外部 MOST 控制器芯片连接到微控制器或 DSP，就可以将所有的组件都集成到一个 FPGA 中。对于开发人员来说，外部组件少、PCB 空间小就意味着节省成本。
Xilinx 提供一种完全可参数化的 MOST 网络接口控制器（NIC）IP核。可以将该核定制为时序主控者，或者使用仅有从控者的配置，以减少逻辑。此核由一整套通过片上外设（OPB）接口可访问的寄存器控制。OPB 接口可与 Xilinx Platform Studio 中包含的 Xilinx MicroBlazeTM 32 位 RISC 处理器核无缝协同工作。
一整套低级别驱动程序文件在 C 源代码中已经可用了。该驱动程序提供了一系列用于访问寄存器空间、处理中断和将数据以流方式传输到核的功能。Mocean Laboratories AB 针对完整网络堆栈的 IP 核提供了 MOST 网络服务，只需编写自己需要的应用（程序）就可以了。
Xilinx MOST NIC 的独特之处在于可实时预处理数据的流端口接口。对于栓接数据滤波器或加密/解密模块来说，这无疑是个理想的选择。Local
同步数据要么在流端口接口收发，要么在 OPB 接口收发。无论选用什么方法、分配多少个时隙，核都会为这些用户界面将数据设置为 32 位字格式。通过逐个定义寄存器的方式，核把存放在 16 个逻辑通道中某一个的接收时隙数据累积起来。发送方向与之相反。使用这些逻辑通道，每一个方向都能允许 16 个不同的数据流。
Xilinx MOST NIC 核十分灵活。请再看看图 1 中的MOST 环，图中说明了如何使用 Xilinx MOST NIC 设计每个节点。可以将该核配置为时序主控者，用做 MMI。作为时序主控者，核会发送和接收控制环操作的控制信息。该节点还会代表用户发送应用消息，同样也是通过控制域。还可以将驱动程序文件和 Mocean 的网络服务添加到 MicroBlaze 之上，用于事件调度。
可以通过添加一个噪声滤波器螺栓将 MP3 播放器转化为高端音频馈送，以消除音频压缩的非自然信号。有效载荷数据可从编解码器出发，经过噪声滤波器，直接进入流端口，而完全避免（占用）OPP 总线。与前述一样，可以将 MicroBlaze 嵌入式处理器用于中断处理和事件调度。图 2 所示为此设计的框图。
至于放大器，可设想一个最小设计，只接收数据并将接收到的数据发送给喇叭。可以实现一个能够进行完整网络协商和数据收集的较小用户设计，而不像在 MP3 节点中那样使用嵌入式处理器。此压缩设计可以放入更小的器件，从而进一步节省成本。
4. 结论
如果您开的是高端欧洲车，车内可能已经有了 MOST网络。在欧洲运营的 OEM 们已认可 MOST 为事实上的汽车网络标准。而我们这些开着不那么昂贵的车的人，也不用等太久了。伴随着竞争的出现，这一度私有的标准，对成本小心翼翼的汽车制造商也逐渐负担得起了。
随着更大量数据（从音频到视频、远程信息处理和基于导航的应用）需求的增长，MOST 网络技术也计划扩大。下一代标准（MOST 50）已定义，可提供原标准两倍的带宽。在撰写本文时，MOST Cooperative 正在规划第三代网络，预计数据速率将达到 150Mbps 及更高。这些更新最终将不仅把可用的应用带宽增加一个数量级，还期望支持铜和光学物理两种介质。
目前，Xilinx MOST NIC 已经可以通过 CORE GeneratorTM 软件获得。它占用 6 个Block RAM 和大约 2，600 个 slice，适合中等尺寸的 SpartanTM-3E 器件，还为嵌入式处理器、外设、缓冲器和自定义的电路留有空间。
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