网络硬件知识：网络硬件知识

提示：从今开始新征程，从事网络通信安全领域研发。

网络硬件知识

• 前言
• 一、存储器
• • 1. DDR
  • 2. SSD
• 二、高速接口
• • 1. AXI
  • 2. DMA
  • 3. PCIE
  • 4. RapidIO
  • 5. GMAC
• 三、低速接口
• • 1. EMIF
  • 2. UART
  • 3. SPI
  • 4. I2C
  • 5. CAN
  • 6. LPC
• 四、整板
• • 1. DSP与FPGA
  • 2. MCU
• 总结

前言

从2021年07月19日开始，加入新公司，特开专栏，记录、整理、讨论网络通信相关软硬件问题。

博文规范：简单清晰，图文并茂，简单问题不需要再链接其他网页。

一、存储器

存储器读写速度由快到慢：Cache缓存、RAM随机存储器（掉电丢失）（也叫内存、主存）、硬盘、软盘

1. DDR

DDR=DDR SDRAM=双倍速率同步动态随机存储器
根据性能的不同，最新有DDR5代产品，是笔记本常见内存条，属于主存。

2. SSD

SSD = Solid State Disk = 固态硬盘，又称固态驱动器，是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，是由Flash闪存作为基础存储介质的存储设备。
跟普通机械硬盘比：体积小、传输快、性能稳定、价格高。

二、高速接口

华睿2号4核DSP（HRDSP2040）通过高速互联总线与DDR控制器、DMA、PCIE控制器、RapidIO控制器、GMAC控制器等互联。

1. AXI

AXI = Advanced eXtensible Interface
AXI是ARM公司提出的AMBA (Adcanced Microcontroller Bus Architecture）3.0协议的重要部分，是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。

2. DMA

DMA是一种数据传输模式，全称Direct Memory Access，即直接存储器访问。

DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间，提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。当CPU初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA控制器来实现和完成的。DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场过程，通过硬件为RAM和IO设备开辟一条直接传输数据的通道，使得CPU的效率大大提高。

3. PCIE

PCIE是一种总线技术，配套有PCIE接口，是最常用的显卡、固态硬盘接口。

独立声卡、独立网卡、USB 3.0/3.1接口扩展卡、RAID阵列卡、PCI-E SSD、mSATA SSD、m.2 SSD、M.2无线网卡或者其它M.2接口设备等硬件都可以插到PCI-E插槽上。

随着现代处理器技术的发展，使用高速差分总线替代并行总线已是大势所趋。与单端并行信号相比，高速差分信号可以使用更高的时钟频率，从而可以使用更少的信号线达到更高的通讯速度。PCIe总线解决了PCI总线的不足，它的发展将取代PCI成为新型的数据总线，其提供了更加完善的性能，更多的功能，更强的可扩展性和更低的成本。

在PCIE中有两种数据传输方式：

• DMA(Direct Memory Access)模式：直接内存访问，该模式下数据传送不是由CPU负责处理，而是由一个DMA控制器来完成，占用较少的CPU资源
• PIO(Programmed Input-Output)模式：可编程IO，该模式下数据传送由CPU执行I/O端口指令来处理，占用大量的CPU资源，数据传输速度也大大低于DMA模式

使用DMA模式时，计算机的运行速度会比使用PIO模式快很多。

4. RapidIO

RapidIO是为满足未来高性能嵌入式系统需求而设计的一种高性能、 低引脚数开放式互连技术标准。RapidIO主要应用于嵌入式系统内部互连，支持芯片到芯片、板到板间的通讯，可作为嵌入式设备的背板（Backplane）连接。

5. GMAC

GMAC = 千兆网媒体访问控制
七层ISO：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
GMAC属于数据链路层。

示例：pandas 是基于NumPy 的一种工具，该工具是为了解决数据分析任务而创建的。

三、低速接口

HRDSP2040核通过低速IO互联总线挂接EMIF、UART、SPI、I2C、CAN、LPC等接口。

1. EMIF

EMIF = External Memory Interface = 外部存储器接口
通过EMIF接口，使得DSP可以和FPGA很方便地进行大数据量的数据传输（SRAM、Flash RAM、DDR…）。

2. UART

UART = Universal Asynchronous Receiver / Transmitter = 通用异步收发传输器
UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信，可以把并行信号转串行信号，全双工。在嵌入式设计中，UART用于主机与辅助通信设备，如汽车音响与外接AP之间的连接。
在嵌入式里说的串口，一般指UART口。
UART的物理接口形式上有4个pin（VCC、GND、RX、TX），电平标准用的TTL电平，低电平为0（0v），高电平为1（3.3v+)。
COM的物理接口形式上有9个pin，电平标准RS232，负逻辑电平，+5~+12V为低电平，-12~-5V为高电平。

3. SPI

SPI = Serial Peripheral Interface = 串行外设接口
SPI是一种高速、全双工、同步通信总线，4线形式。

4. I2C

I2C = IIC = 一种简单、双向二进制、同步串行总线。

5. CAN

CAN是一种工业现场总线，是串行通信方式，形式上可以使15针的D型口或RJ45接口。

6. LPC

LPC = Low pin count Bus
是IBM用于吧低带宽设备连接到CPU用的。

四、整板

1. DSP与FPGA

FPGA = Field Programmable Gate Array = 现场可编程门阵列
DSP = Digital Signal Processor = 数字信号处理器

• 硬件
  在硬件层面，DSP是ASIC，如同CPU GPU一样，适宜于量产降低成本，缺点是（硬件）设计一旦确定，便不易于修改。而FPGA较灵活，可以通过硬件描述语言进行快速设计和改进，但成本较高。
• 软件
  在软件层面上，给DSP写程序和给多核CPU写程序，给GPU写程序，没有太大区别，DSP有完善的C语言编译器。目前高端的FPGA中都集成了硬核DSP。
• 编程语言
  FPGA主要使用HDL，包括VHDl，Verilog，还有数模混合的描述语言Verilog－AMS等。
  DSP使用C，汇编语言编程。
• 结构
  FPAG片内有大量的逻辑门和触发器，处理速度快，执行效率高，且编程灵活，方便，简单，可多次重复编程。
  缺点：掉电后一般会丢失原有逻辑配置；时序难规划；不能处理多事件；不适合条件操作。
  DSP作为专门的微处理器，适用于条件进程，特别是复杂的多算法任务。
  缺点：采样率低、数据率低。
• 场景
  DSP适合于较低采样速率下多条件进程、特别是复杂的多算法任务。
  FPGA 适合于高速采样频率下，特别是任务比较固定或重复的情况以及试制样机、系统开发的场合。

2. MCU

MCU是单片机的统称。

拟态安全系统可以采用传统的分立器件搭建，比如三个异构引擎采用三颗相应的CPU芯片，拟态调度单元及外设接口单元采用专用ASIC芯片或FPGA等实现，在板级实现系统。但是整体系统的体积、功耗、成本等必然会增加，这个在对这些因素比较敏感的智慧交通系统中很难大规模推广应用。
一种比较有效的解决方法是将整个拟态系统芯片化，能够大大降低系统成本、功耗。这个基于FPGA搭建了系统的芯片原型系统，就是MCU项目。

总结

提示：这里对文章进行总结：
例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了pandas的使用，而pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。