OMAP5912雙核通信及其數(shù)字音頻系統(tǒng)實現(xiàn)
[導(dǎo)讀]開放式多媒體應(yīng)用平臺(()pen MuItimedia Appli一cations PIatform，OMAP)是針對第三代手機(jī)開發(fā)的高性能多媒體處理器。除具有性能／功耗比的優(yōu)勢外，還提供豐富的外圍接口，支持幾乎所有流行的有線和無線接口標(biāo)準(zhǔn)。因其出色表現(xiàn)，該平臺一直得到世界主要移動設(shè)備制造商(如諾基亞、愛立信、索尼等)的青睞。
l OMAP5912平臺簡介
開放式多媒體應(yīng)用平臺(()pen MuItimedia Appli一cations PIatform，OMAP)是針對第三代手機(jī)開發(fā)的高性能多媒體處理器。除具有性能／功耗比的優(yōu)勢外，還提供豐富的外圍接口，支持幾乎所有流行的有線和無線接口標(biāo)準(zhǔn)。因其出色表現(xiàn)，該平臺一直得到世界主要移動設(shè)備制造商(如諾基亞、愛立信、索尼等)的青睞。
0MAP5912采用獨特的雙核結(jié)構(gòu)，內(nèi)含1個實現(xiàn)控制功能的帶有TI增強(qiáng)型ARM926EJ-S內(nèi)核的處理器和1個實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能的高性能、低功耗TMS320C55x DSP內(nèi)核。ARM處理器可用來實現(xiàn)各種通信協(xié)議、控制和人機(jī)接口；DSP具有多條數(shù)據(jù)地址總線，非常適合數(shù)據(jù)密集的多媒體處理(如視頻編解碼)，并具有極低的功耗［l］。為結(jié)合這兩個處理器的優(yōu)勢，使其發(fā)揮最大效率，雙核通信機(jī)制起了至關(guān)重要的作用。
2 OMAP5912的雙核間通信方式
在0MAP5912中實現(xiàn)ARM和DSP雙核通信方式有共享郵箱寄存器、共享存儲空間2種，在實際應(yīng)用中需要配合使用這些雙核通信方式。如雙核通信中的握手聯(lián)絡(luò)，其數(shù)據(jù)量小，可用傳遞消息及時可靠的共享郵箱用來實現(xiàn)；當(dāng)需要傳輸大量數(shù)據(jù)(如圖像數(shù)據(jù))時，通常要使用高效率的共享存儲空間這種通信方式。
2．1共享郵箱寄存器方式
雙核間可相互中斷并通過郵箱寄存器傳遞少量數(shù)據(jù)。共有4套郵箱寄存器，每套郵箱寄存器由2個16 bit寄存器和1個1 bit寄存器組成。當(dāng)一個處理器將合適的命令字寫到命令字寄存器后，該寄存器會產(chǎn)生中斷，對另一個處理器的標(biāo)志寄存器進(jìn)行正確設(shè)置。被中斷的處理器通過讀標(biāo)志寄存器響應(yīng)中斷并清空標(biāo)志寄存器。每套郵箱寄存器中，還有1個附加的數(shù)據(jù)字寄存器，可在每次中斷時在處理器間傳送2個字的數(shù)據(jù)。通過命令和數(shù)據(jù)字通信的信息完全由用戶定義。數(shù)據(jù)字可用來表示地址指針或狀態(tài)字。
2．2共享存儲器方式
共享存儲器有2種方式。第一種方式由ARM通過主機(jī)接口(MPU Interface，MPUI)獲取對DSP存儲空間和I／O空間的訪問權(quán)，由ARM完成數(shù)據(jù)在雙核間的搬移。MPUI為MPU和系統(tǒng)DMA控制器與DSP及其外設(shè)的通信提供了橋梁，通過MPuI可訪問DSP的整個存儲空間及其公共外設(shè)總線。
另一種方式是ARM通過對DSP存儲管理單元(Memoy Management Unit，MMU)的設(shè)置將DSP的外部存儲空間映射到OMAP5912系統(tǒng)存儲資源中，由DSP完成雙核間的數(shù)據(jù)傳輸。OMAP5912通過通信控制器(Traffic Controller，TC)實現(xiàn)共享存儲器，這樣ARM和DSP可訪問共享的靜態(tài)隨機(jī)存儲器(StaticRAM，SRAM)、高速外部存儲器接口(I,Zxteraaal：Mem0ryInterface Fast，EMIFF)以及低速外部存儲器接口(Ex-terhal Memory Interface Slow，EMIFS)的存儲空間［2］。
3 雙核間通信的基礎(chǔ)應(yīng)用程序
為降低上層應(yīng)用開發(fā)者的實現(xiàn)難度和節(jié)省設(shè)計時間，采用雙核間通信的基礎(chǔ)應(yīng)用程序--DSP／BIOSLINK[3]，其為上述兩種雙核通信方式的實現(xiàn)。開發(fā)人員在進(jìn)行上層應(yīng)用程序開發(fā)時，只需使用DSP／BIOSLINK提供的接口函數(shù)。DSP／BIOS LINK允許開發(fā)人員在ARM端利用一套標(biāo)準(zhǔn)API進(jìn)入和控制DSP的運行環(huán)境；用于非對稱的、由一個通用處理器(如ARM)和一個或多個DSP組成的處理器環(huán)境。圖1為DSP／BIOSLINK的軟件體系結(jié)構(gòu)圖。
DSP／BIOS LINK為開發(fā)人員提供的服務(wù)有：基本的處理器控制(啟動、執(zhí)行、停止)、基于邏輯通道(CHANNEL)的數(shù)據(jù)傳輸、消息(基于MSGQ模塊)。由PROC，CHNL，MSGQ3個組件組成。PROC是PROCESSCONTROL的縮寫，負(fù)責(zé)DSP處理器在應(yīng)用程序用戶空間的操作，主要功能有：DSP初始化、DSP端程序的加載、執(zhí)行和停止。CHNL是CHANNEL的縮寫，表示ARM和DSP間數(shù)據(jù)流的邏輯通道，負(fù)責(zé)ARM和DSP間的數(shù)據(jù)傳輸。CHNL是ARM和DSP之間的邏輯實體，實現(xiàn)二者的物理連接。MSGQ是MESSAGEQUEUE的縮寫，負(fù)責(zé)ARM和DSP間長短不一的消息的交互和通信。消息的接收和發(fā)送是通過消息隊列實現(xiàn)的［4］。
4 基于OMAP5912的數(shù)字音頻系統(tǒng)買現(xiàn)
筆者以基于OMAP5912_的數(shù)字音頻系統(tǒng)為例介紹OMAP雙核間通信的具體應(yīng)用。系統(tǒng)在RF6(ReferenceFramework Level 6)框架基礎(chǔ)上實現(xiàn)，整個系統(tǒng)將輸入的立體聲音頻信號按照給定的采樣率和量化精度轉(zhuǎn)化為左、右兩聲道數(shù)據(jù)幀，再對其進(jìn)行有限脈沖濾波器FIR算法和聲音控制VOL算法處理，然后合成立體聲輸出。整個系統(tǒng)劃分為ARM端應(yīng)用程序和DSP端算法2部分。
4．1 RF6框架簡介
RF6是專門針對雙核芯片OMAP中DSP端軟件設(shè)計提出的一種參考框架［5］，不但包含了外圍器件驅(qū)動模塊、線程模塊以及算法封裝模塊，還包含了用于同ARM端進(jìn)行通信的模塊。RF6中數(shù)據(jù)處理的4種基本元素為：單元、通道、任務(wù)和TMS320DSP數(shù)字信號處理器標(biāo)準(zhǔn)算法(eXpressDSP Algol-ithm InteropeliabilityStandard，XDAIS)。其中，單元是算法的集合，為外界和算法提供標(biāo)準(zhǔn)接口；通道是單元的集合；任務(wù)是按時間順序執(zhí)行的一系列通道，其目的是和設(shè)備驅(qū)動程序及其他任務(wù)通信。圖2為基于RF6框架的數(shù)字音頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
4．2 ARM端應(yīng)用程序和DSP端算法
ARM端應(yīng)用程序主要實現(xiàn)人機(jī)交互、系統(tǒng)控制(如傳送參數(shù))等功能，由2個線程組成：主線程和數(shù)據(jù)處理線程。主線程提供用戶界面和調(diào)用DSIVBIOSLINK中：PROC模塊的API函數(shù)，引導(dǎo)和加載DsP端可執(zhí)行文件。數(shù)據(jù)處理線程將從DsP端任務(wù)O傳輸過來的音頻數(shù)據(jù)幀回送給任務(wù)1，其通過調(diào)用CHNL模塊中的API函數(shù)來實現(xiàn)ARM和DSP間的數(shù)據(jù)傳輸。
DSP端有2個任務(wù)：任務(wù)0和任務(wù)1。任務(wù)0將交又存取的音頻數(shù)據(jù)幀分開成左、右2個聲道。任務(wù)0分別對2個聲道進(jìn)行FIR濾波器處理，濾波器參數(shù)(如低通、高通)通過ARM端程序調(diào)用MSGQ模塊中的API函數(shù)來設(shè)定。然后任務(wù)0將左右聲道數(shù)據(jù)幀重新合成一個音頻信號數(shù)據(jù)幀，通過DSP／BIOS LlNK發(fā)送給ARM端。任務(wù)1與任務(wù)0非常相似，其通過DSP／BIOSLlNK從ARM端接收數(shù)據(jù)，然后對其采用音量控制算法實現(xiàn)聲音大小控制。
DSP端程序通過CodeComposer Studio編譯后，生成out格式的可執(zhí)行文件。ARM端程序交叉編譯后生成應(yīng)用程序。運行應(yīng)用程序，可執(zhí)行文件以參數(shù)形式傳遞給ARM端應(yīng)用程序。采樣率44．1 kHz，量化精度16 bit。經(jīng)測試，用戶可通過在超級終端輸入命令實現(xiàn)對FIR和音量的調(diào)節(jié)，其運行結(jié)果如圖3所示。
5 結(jié)束語
0MAP平臺因其特有的雙核結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于實時多媒體影音數(shù)據(jù)處理、語音識別系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。筆者以O(shè)MAP5912平臺的數(shù)字音頻系統(tǒng)為例介紹雙核通信的具體應(yīng)用，希望能對使用OMAP的人員具有借鑒意義。
開放式多媒體應(yīng)用平臺(()pen MuItimedia Appli一cations PIatform，OMAP)是針對第三代手機(jī)開發(fā)的高性能多媒體處理器。除具有性能／功耗比的優(yōu)勢外，還提供豐富的外圍接口，支持幾乎所有流行的有線和無線接口標(biāo)準(zhǔn)。因其出色表現(xiàn)，該平臺一直得到世界主要移動設(shè)備制造商(如諾基亞、愛立信、索尼等)的青睞。
0MAP5912采用獨特的雙核結(jié)構(gòu)，內(nèi)含1個實現(xiàn)控制功能的帶有TI增強(qiáng)型ARM926EJ-S內(nèi)核的處理器和1個實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能的高性能、低功耗TMS320C55x DSP內(nèi)核。ARM處理器可用來實現(xiàn)各種通信協(xié)議、控制和人機(jī)接口；DSP具有多條數(shù)據(jù)地址總線，非常適合數(shù)據(jù)密集的多媒體處理(如視頻編解碼)，并具有極低的功耗［l］。為結(jié)合這兩個處理器的優(yōu)勢，使其發(fā)揮最大效率，雙核通信機(jī)制起了至關(guān)重要的作用。
2 OMAP5912的雙核間通信方式
在0MAP5912中實現(xiàn)ARM和DSP雙核通信方式有共享郵箱寄存器、共享存儲空間2種，在實際應(yīng)用中需要配合使用這些雙核通信方式。如雙核通信中的握手聯(lián)絡(luò)，其數(shù)據(jù)量小，可用傳遞消息及時可靠的共享郵箱用來實現(xiàn)；當(dāng)需要傳輸大量數(shù)據(jù)(如圖像數(shù)據(jù))時，通常要使用高效率的共享存儲空間這種通信方式。
2．1共享郵箱寄存器方式
雙核間可相互中斷并通過郵箱寄存器傳遞少量數(shù)據(jù)。共有4套郵箱寄存器，每套郵箱寄存器由2個16 bit寄存器和1個1 bit寄存器組成。當(dāng)一個處理器將合適的命令字寫到命令字寄存器后，該寄存器會產(chǎn)生中斷，對另一個處理器的標(biāo)志寄存器進(jìn)行正確設(shè)置。被中斷的處理器通過讀標(biāo)志寄存器響應(yīng)中斷并清空標(biāo)志寄存器。每套郵箱寄存器中，還有1個附加的數(shù)據(jù)字寄存器，可在每次中斷時在處理器間傳送2個字的數(shù)據(jù)。通過命令和數(shù)據(jù)字通信的信息完全由用戶定義。數(shù)據(jù)字可用來表示地址指針或狀態(tài)字。
2．2共享存儲器方式
共享存儲器有2種方式。第一種方式由ARM通過主機(jī)接口(MPU Interface，MPUI)獲取對DSP存儲空間和I／O空間的訪問權(quán)，由ARM完成數(shù)據(jù)在雙核間的搬移。MPUI為MPU和系統(tǒng)DMA控制器與DSP及其外設(shè)的通信提供了橋梁，通過MPuI可訪問DSP的整個存儲空間及其公共外設(shè)總線。
另一種方式是ARM通過對DSP存儲管理單元(Memoy Management Unit，MMU)的設(shè)置將DSP的外部存儲空間映射到OMAP5912系統(tǒng)存儲資源中，由DSP完成雙核間的數(shù)據(jù)傳輸。OMAP5912通過通信控制器(Traffic Controller，TC)實現(xiàn)共享存儲器，這樣ARM和DSP可訪問共享的靜態(tài)隨機(jī)存儲器(StaticRAM，SRAM)、高速外部存儲器接口(I,Zxteraaal：Mem0ryInterface Fast，EMIFF)以及低速外部存儲器接口(Ex-terhal Memory Interface Slow，EMIFS)的存儲空間［2］。
3 雙核間通信的基礎(chǔ)應(yīng)用程序
為降低上層應(yīng)用開發(fā)者的實現(xiàn)難度和節(jié)省設(shè)計時間，采用雙核間通信的基礎(chǔ)應(yīng)用程序--DSP／BIOSLINK[3]，其為上述兩種雙核通信方式的實現(xiàn)。開發(fā)人員在進(jìn)行上層應(yīng)用程序開發(fā)時，只需使用DSP／BIOSLINK提供的接口函數(shù)。DSP／BIOS LINK允許開發(fā)人員在ARM端利用一套標(biāo)準(zhǔn)API進(jìn)入和控制DSP的運行環(huán)境；用于非對稱的、由一個通用處理器(如ARM)和一個或多個DSP組成的處理器環(huán)境。圖1為DSP／BIOSLINK的軟件體系結(jié)構(gòu)圖。
DSP／BIOS LINK為開發(fā)人員提供的服務(wù)有：基本的處理器控制(啟動、執(zhí)行、停止)、基于邏輯通道(CHANNEL)的數(shù)據(jù)傳輸、消息(基于MSGQ模塊)。由PROC，CHNL，MSGQ3個組件組成。PROC是PROCESSCONTROL的縮寫，負(fù)責(zé)DSP處理器在應(yīng)用程序用戶空間的操作，主要功能有：DSP初始化、DSP端程序的加載、執(zhí)行和停止。CHNL是CHANNEL的縮寫，表示ARM和DSP間數(shù)據(jù)流的邏輯通道，負(fù)責(zé)ARM和DSP間的數(shù)據(jù)傳輸。CHNL是ARM和DSP之間的邏輯實體，實現(xiàn)二者的物理連接。MSGQ是MESSAGEQUEUE的縮寫，負(fù)責(zé)ARM和DSP間長短不一的消息的交互和通信。消息的接收和發(fā)送是通過消息隊列實現(xiàn)的［4］。
4 基于OMAP5912的數(shù)字音頻系統(tǒng)買現(xiàn)
筆者以基于OMAP5912_的數(shù)字音頻系統(tǒng)為例介紹OMAP雙核間通信的具體應(yīng)用。系統(tǒng)在RF6(ReferenceFramework Level 6)框架基礎(chǔ)上實現(xiàn)，整個系統(tǒng)將輸入的立體聲音頻信號按照給定的采樣率和量化精度轉(zhuǎn)化為左、右兩聲道數(shù)據(jù)幀，再對其進(jìn)行有限脈沖濾波器FIR算法和聲音控制VOL算法處理，然后合成立體聲輸出。整個系統(tǒng)劃分為ARM端應(yīng)用程序和DSP端算法2部分。
4．1 RF6框架簡介
RF6是專門針對雙核芯片OMAP中DSP端軟件設(shè)計提出的一種參考框架［5］，不但包含了外圍器件驅(qū)動模塊、線程模塊以及算法封裝模塊，還包含了用于同ARM端進(jìn)行通信的模塊。RF6中數(shù)據(jù)處理的4種基本元素為：單元、通道、任務(wù)和TMS320DSP數(shù)字信號處理器標(biāo)準(zhǔn)算法(eXpressDSP Algol-ithm InteropeliabilityStandard，XDAIS)。其中，單元是算法的集合，為外界和算法提供標(biāo)準(zhǔn)接口；通道是單元的集合；任務(wù)是按時間順序執(zhí)行的一系列通道，其目的是和設(shè)備驅(qū)動程序及其他任務(wù)通信。圖2為基于RF6框架的數(shù)字音頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
4．2 ARM端應(yīng)用程序和DSP端算法
ARM端應(yīng)用程序主要實現(xiàn)人機(jī)交互、系統(tǒng)控制(如傳送參數(shù))等功能，由2個線程組成：主線程和數(shù)據(jù)處理線程。主線程提供用戶界面和調(diào)用DSIVBIOSLINK中：PROC模塊的API函數(shù)，引導(dǎo)和加載DsP端可執(zhí)行文件。數(shù)據(jù)處理線程將從DsP端任務(wù)O傳輸過來的音頻數(shù)據(jù)幀回送給任務(wù)1，其通過調(diào)用CHNL模塊中的API函數(shù)來實現(xiàn)ARM和DSP間的數(shù)據(jù)傳輸。
DSP端有2個任務(wù)：任務(wù)0和任務(wù)1。任務(wù)0將交又存取的音頻數(shù)據(jù)幀分開成左、右2個聲道。任務(wù)0分別對2個聲道進(jìn)行FIR濾波器處理，濾波器參數(shù)(如低通、高通)通過ARM端程序調(diào)用MSGQ模塊中的API函數(shù)來設(shè)定。然后任務(wù)0將左右聲道數(shù)據(jù)幀重新合成一個音頻信號數(shù)據(jù)幀，通過DSP／BIOS LlNK發(fā)送給ARM端。任務(wù)1與任務(wù)0非常相似，其通過DSP／BIOSLlNK從ARM端接收數(shù)據(jù)，然后對其采用音量控制算法實現(xiàn)聲音大小控制。
DSP端程序通過CodeComposer Studio編譯后，生成out格式的可執(zhí)行文件。ARM端程序交叉編譯后生成應(yīng)用程序。運行應(yīng)用程序，可執(zhí)行文件以參數(shù)形式傳遞給ARM端應(yīng)用程序。采樣率44．1 kHz，量化精度16 bit。經(jīng)測試，用戶可通過在超級終端輸入命令實現(xiàn)對FIR和音量的調(diào)節(jié)，其運行結(jié)果如圖3所示。
5 結(jié)束語
0MAP平臺因其特有的雙核結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于實時多媒體影音數(shù)據(jù)處理、語音識別系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。筆者以O(shè)MAP5912平臺的數(shù)字音頻系統(tǒng)為例介紹雙核通信的具體應(yīng)用，希望能對使用OMAP的人員具有借鑒意義。
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