摘? 要： 從系統設計入手,介紹了開放的多媒體應用" title="多媒體應用">多媒體應用平臺OMAP^TM的硬件和軟件結構,及OMAP^TM平臺的實現——DSP/BIOS^TM橋技術的概念和實現。

　　關鍵詞： OMAP? DSP/BIOS橋? XDAIS? RTOS

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　　今天的系統設計者面對的是日益增長的應用需求,嵌入式系統設計顯得保守,新的系統設計理念是在開放式系統平臺上進行設計。開放式平臺可以不斷地更新和下載新的應用,使產品功能常新,從而使產品在市場競爭中立于不敗之地。

　　選擇好平臺是關鍵。本文介紹TI公司的OMAPTM平臺(Open Multimedia Applications Platform)。它是基于DSP的開放多媒體應用平臺,已被NOKIA、ERICSSON、SONY、HANDSPRING等公司選用。

? OMAP^TM平臺是雙核結構,由ARM核及DSP核組成,DSP以低功耗高性能實現多媒體應用。目前在OMAP^TM平臺上實現的多" title="的多">的多媒體應用有語音、音頻、圖像、視頻等。

1 OMAPTM的開放性

　　OMAPTM的開放性表現在以下三個方面：

　　(1)對于用戶來說,基于OMAP^TM平臺的應用是開放的。針對產品的操作系統,用戶不僅可以下載基于該操作系統的應用程序" title="應用程序">應用程序,還可以下載基于DSP的多媒體應用程序。也就是說OMAP^TM平臺透過先進的操作系統平臺不僅開放了ARM,而且開放了DSP。通過DSP/BIOS^TM橋,DSP的資源就如同ARM的外設一樣 通過操作系統的API被調用。DSP/BIOS^TM橋在OMAP^TM平臺上實現了雙核的無縫連接。

　　(2)對于獨立的軟件制造商(ISV)來說,為OMAP^TM平臺開發商業應用軟件的標準是開放的。算法的兼容性及可評估性是關鍵。只有算法的性能、占用資源及接口方式是標準的,算法才能離架。TI公司的XDAIS(eXpressDSP^TM 算法標準)的出臺解決了DSP算法的標準化問題,所有XDAIS兼容算法都必須得到TI公司的兼容性測試。而且DSP/BIOS^TM橋提供XDAIS兼容算法接口。ISV開發的XDAIS兼容算法可直接用于OMAP^TM平臺。

　　(3)對于原始設備制造廠商(OEM)來說,可以開放先進的操作系統。OMAP^TM平臺支持的操作系統很多,如Microsoft的WINDOWS CE、Synbian的EPOC、ATI的NUCLEUS、Windriver的VXWORKS和LINUX等,OEM廠商可以按照自己的需求和LICENCE情況去定制。同時,OEM廠商還可以根據自己的特點和產品的功能去開放地選購算法和軟件。借助于第三方OS及TI的第三方網絡等,OEM廠商仿佛置身于一個巨大軟件超市,各種算法及軟件商品性能價格一目了然,盡可以取其所需。

　　OMAP^TM平臺分為軟件和硬件平臺" title="硬件平臺">硬件平臺。為滿足多媒體應用的需求,硬件平臺必須高性能、低功耗;同時為滿足應用的發展需求,硬件平臺要具有不斷升級的能力。OMAP^TM軟件平臺的核心是DSP/BIOS^TM橋,OMAP^TM的軟件平臺獨立于硬件平臺。

2 OMAPTM的硬件平臺

　　OMAP^TM的多媒體應用取決于它內部硬件結構的實現,DSP是實現多媒體應用的關鍵。當然其內部的硬件加速器、DMA及交通控制單元等也舉足輕重。

　　OMAP^TM硬件平臺主要由DSP核、ARM核及交通控制(TRAFFIC CONTROLLER)單元組成。這三個部分可以獨立地進行時鐘管理,有效地控制功耗。

　　OMAP^TM平臺采用雙核技術使操作系統的效率和多媒體代碼的執行更加優化。實時性任務由DSP完成,非實時性任務和系統控制工作由ARM完成,從而使系統的功耗降至最低,成功地解決了性能與功耗的最佳組合問題。

　　OMAP^TM平臺的硬件平臺會逐步升級,以滿足日益增長的應用需求。目前的ARM核選用ARM925TDMI,其上可以運行先進的操作系統如WINDOWS CE、EPOC等。DSP核采用TMS320C55X^TM DSP,其上運行的RTOS是DSP/BIOS^TM。TMS320C55X^TM DSP有高度并行能力,它的32位讀寫能力和功能強大的EMIF、雙流水線的獨立操作及雙MAC的運算能力,以及它的變長指令、用戶自定義的并行指令是優異的多媒體性能的保證。其采用模塊化的IDLE模式,最大程度地降低了功耗。OMAPTM硬件平臺的框圖如圖1所示。

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3 OMAP^TM的軟件結構

　　OMAPTM的軟件結構在兩個操作系統上,一是基于ARM的先進的OS如 EPOC、WINCE等;二是基于DSP的DSP/BIOS^TM。如何使兩個操作系統無縫工作,是實現開放的軟件平臺的關鍵。這個核心技術就是首次正式應用在OMAP^TM平臺上的DSP/BIOS^TM橋。

3.1 DSP/BIOS^TM橋

　　DSP/BIOS^TM橋用于連接DSP/BIOS和其他通用處理器(GPP)上的OS。GPP在 OMAP^TM里是ARM,還可以是MIPS(Microprocessor without Interlocked Pipe Stage)等。DSP/DIOSTM橋具有以下特點：

　　·高性能;

　　·有效利用GPP和DSP的資源;

　　·可移植到不同的GPP和DSP硬件平臺上;

　　·可移植到不同的GPP和DSP操作系統上;

　　·支持多個DSP和一個GPP;

　　·從GPP應用程序中使用;

　　·對象為中心的設計;

　　·高可靠性;

　　·APIs與將來的版本向后兼容。

????DSP/BIOSTM橋用于非對稱的,由一個通用的處理器(GPP)和一個或多個DSP組成的多處理器環境。DSP/BIOSTM橋作為GPP OS和DSP OS的軟件組合,把兩個操作系統連接在一起。這種連接能夠使GPP端的客戶與DSP上的任務交換信息和數據。連接分為兩種類型的子連接,消息子連接和數據流子連接。每種子連接都按順序傳遞消息,哪個消息先到消息鏈,哪個消息就先被傳遞;同樣哪個數據流先到數據流鏈,哪個數據流就先被傳遞。每個子連接都獨立地進行操作,例如：GPP先發送數據流,然后發送消息,如果消息有高優先級,那么消息比數據流先到DSP。

　　DSP任務通常用消息對象傳送控制和狀態信息,用數據流對象傳送高效實時數據流。圖2表示GPP客戶端程序和DSP任務間的關系。

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3.2 主機軟件結構

　　對于GPP操作系統來說,DSP/BIOS^TM橋增加了API,它能使GPP應用和驅動程序同時利用DSP的資源。GPP客戶端可以通過API完成以下工作：

　　·初始化DSP上的信號處理任務;

　　·與DSP任務交換信息;

　　·與DSP任務雙向交換數據流;

　　·停止、激活、刪除DSP任務;

　　·進行資源的狀態查詢。

　　一個GPP應用程序或設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序可以使用DSP/BIOS^TM橋API與DSP子系統上的DSP任務進行通信。例如：一個GPP WAVE設備驅動程序可以利用API發送信息給DSP任務來管理數據從ADC到DAC。

　　GPP端DSP/BIOSTM橋API以庫的形式實現,它調用特定硬件的設備驅動程序,如果沒有一個針對特定硬件的設備驅動程序,API是不能工作的。對于GPP API來說,這些專用于DSP子系統的設備驅動程序執行I/O操作和控制操作,就象其他GPP外設的設備驅動程序一樣。每個DSP設備驅動程序支持特定的DSP子系統,如果存在同一個DSP硬件的多個實例,那么這個DSP設備驅動程序的多個實例都會在GPP OS上運行。

　　DSP設備驅動程序為GPP端的API完成很多功能,它負責DSP的自舉工作,為DSP裝入RTOS和應用程序代碼,并啟動DSP運行。一旦DSP已經初始化并且RTOS進入運行狀態,DSP設備驅動程序就開始了GPP和DSP間的消息和數據流的傳遞工作。與它對等的是DSP上的DSP主機驅動程序。DSP設備驅動程序和DSP主機驅動程序對所傳遞的內容并不關心。

3.3 DSP軟件結構

　　對于DSP RTOS,DSP/BIOSTM橋增加了目標獨立的流式I/O界面(STRM)、消息界面(NODE)和資源管理(RM)服務器。RM服務器就象DSP RTOS的一個任務一樣運行,并服務于GPP的命令和查詢。一旦GPP端的程序通過GPP端的API發出請求,RM服務器響應,啟動或停止DSP信號處理節點。

　　由RM服務器啟動的任務采用STRM和NODE界面,作為對應的GPP客戶程序的服務器,并根據GPP客戶程序發出的信息進行信號處理工作。典型的,一個DSP 任務用設備獨立的流式I/O把數據從源端傳送到宿主端,并在數據傳送過程中進行特定的處理和轉換。例如：一個WAVE音頻任務從GPP WAVE設備驅動程序接收到數據后,可能要執行音頻解壓縮(ADPCM,MPEG,CELP),然后把解壓縮的線性采樣送到DAC。

3.4 DSP/BIOS^TM橋的功能組件

　　DSP/BIOS^TM橋的功能組件如圖3所示。

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　　在典型配置中,GPP與一個或多個DSP相連,最終用戶在GPP上的應用程序調用媒體服務模塊或驅動程序,通過DSP/BIOS^TM橋來管理DSP資源。

　　資源管理器負責動態調度DSP資源,監控DSP資源,動態裝入DSP代碼,發生請求沖突時,負責實現DSP資源的管理策略。資源管理器在平臺管理器之上。平臺管理器負責靜態裝入DSP代碼,啟動或停止DSP實現數據流。平臺管理器位于GPP OS適配器及負責與DSP通信的連接驅動器之上。

　　DSP上的RTOS是基礎,它通過主機連接驅動器與GPP通信。在DSP RTOS的上面是資源管理(RM)服務器。RM服務器的主要職責是在資源管理器的控制下動態地創建、執行和刪除DSP處理節點,其他職責包括改變任務的優先級并響應資源管理器的配置命令和狀態查詢。一個專門的流用來接收來自資源管理器的命令,另一個專門的流用來發響應信號給資源管理器。

　　DSP任務節點是DSP上單獨執行的線程,它實現信號處理算法。任務節點通過固定長度的短消息和與設備無關的流式I/O互相通信或與GPP通信。

3.5 舉例說明DSP/BIOS^TM橋的實現過程

　　在這個例子中用DSP進行濾波,GPP應用程序調用API控制DSP上的音頻濾波任務。API用來控制DSP，但GPP和DSP之間沒有數據流,如圖4所示。

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　　為初始化DSP上的濾波器任務，GPP應用程序要完成的工作如下：

　　·連接到DSP;

　　·分配濾波器任務節點及ADC和DAC設備節點;

　　·連接節點;

　　·創建DSP上的節點;

　　·啟動濾波器節點。

　　為終止DSP上的濾波器應用,GPP應用程序要完成的工作如下：

　　·調DSP節點,終止API發消息到濾波器來終止處理;

　　·刪除濾波器節點和ADC， DAC節點;

　　·與DSP分離。

　　作為雙核的OMAP^TM平臺,其最大的特點是開放性及其軟件平臺和硬件平臺的獨立性，同時基于C的ARM和基于XDAIS算法的DSP使OMAP^TM平臺易于開發和維護,功能強大且可在線升級。軟件平臺的核心DSP/BIOS^TM橋并不依賴于固定的操作系統,具有可移植性,允許操作系統的更新。DSP/BIOS^TM橋技術是實現開放的多媒體應用的核心技術。XDAIS兼容算法具有可重入和可重定位特性,因此不僅為算法提供標準的界面,而且具有多通道特性,并能直接在OMAPTM平臺上運行,是TI推薦的算法封裝方式。目前已經有眾多的第三方開發出大量XDAIS兼容算法。OMAP^TM的軟件開發集成環境支持多核的CCS2.0 IDE、XDS510及XDS560 仿真器,同時TI還提供OMAP^TM EVM做為評估工具。

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參考文獻

1 TMS320C5000 DSP/BIOSTM USER GUIDE

2 TMS320C5000 CODE COMPOSER STUDIO

3 OMAPTM 3.1 SPECS

4 DSPBIOS^TM BRIDGE SDK