基于DSP多處理器實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)
關(guān)鍵詞:多處理器;實(shí)時(shí); Eclipse
1 引言
隨著電子技術(shù)的發(fā)展和芯片處理能力的增強(qiáng),數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)[1]獲得了空前的發(fā)展。由多處理芯片組成的陣列信號(hào)處理系統(tǒng),使通訊、雷達(dá)、聲納進(jìn)入數(shù)字化飛速發(fā)展的時(shí)代。但如何基于多處理芯片的信號(hào)處理系統(tǒng)建立實(shí)時(shí)的軟件開發(fā)環(huán)境一直是個(gè)難題。以往的軟件開發(fā)環(huán)境一般都與DSP&CPU芯片緊密結(jié)合在一起,每一型DSP&CPU芯片都配備了專用的開發(fā)環(huán)境。這些開發(fā)環(huán)境一般都針對(duì)單獨(dú)處理器進(jìn)行開發(fā),而且相互之間互不兼容,當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中使用了多種類型的DSP&CPU芯片時(shí),往往無法同時(shí)使用這些開發(fā)環(huán)境,也就無法進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)開發(fā)。對(duì)于此,我們開發(fā)了一種系統(tǒng)級(jí)的軟件開發(fā)工具,它可以支持多型處理器同時(shí)開發(fā),使系統(tǒng)級(jí)開發(fā)變得簡(jiǎn)單易行。這種統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境使開發(fā)人員始終面向同一個(gè)開發(fā)環(huán)境,易學(xué)易用,提高了開發(fā)效率。
多處理器實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境建立在以開放的Eclipse平臺(tái)[2,3]為框架的基礎(chǔ)之上,所以其主要的設(shè)計(jì)思路緊密結(jié)合了Eclipse平臺(tái)及其插件進(jìn)行構(gòu)建及其設(shè)計(jì),采用以配置文件為中心的支撐框架,各個(gè)功能模塊圍繞配置文件展開設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。也就是說,通過配置文件構(gòu)建起硬件平臺(tái)的描述、數(shù)據(jù)流處理的描述、工程環(huán)境的描述等等,然后各個(gè)功能模塊根據(jù)相關(guān)的描述進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。可以看出,配置文件的設(shè)計(jì)在多處理器實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境中的重要性,對(duì)配置文件的改動(dòng)涉及到功能模塊實(shí)現(xiàn)的改動(dòng)。
2 配置文件說明
配置文件采用XML格式[4]進(jìn)行描述。以配置文件為中心的設(shè)計(jì)思路是軟件標(biāo)準(zhǔn)化的途徑。通過配置文件描述多處理器實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境所有可配置的內(nèi)容,包括目標(biāo)硬件的描述、工程的描述、開發(fā)環(huán)境的描述等等,然后圍繞配置文件展開軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā),實(shí)現(xiàn)具體的執(zhí)行邏輯。這種軟件設(shè)計(jì)思路具有很好的目標(biāo)硬件可擴(kuò)展、可維護(hù)性、可定制性等特點(diǎn)。下面具體說明一下硬件拓?fù)?/strong>的配置文件。
在多處理器實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境項(xiàng)目建立的過程中,硬件拓?fù)鋱D描述文件將被建立起來,作為基于該項(xiàng)目開發(fā)的起點(diǎn)與基礎(chǔ)。硬件拓?fù)鋱D文件主要描述了項(xiàng)目中可編程的硬件單元及其互連關(guān)系,可編程硬件單元一般包括處理器、存儲(chǔ)器、路由器等。硬件拓?fù)鋱D描述文件名定義為HardTopology.xml。下面給出硬件拓?fù)渑渲梦募牟糠中畔ⅲ?/P>
<?xml version="1.0"?> XML文件版本
<HardTopology>
<Name>Hard Topology</Name> 硬件拓?fù)鋱D名稱
<Information/> 硬件拓?fù)鋱D描述信息
<Issuer>by ZKHX</Issuer> 發(fā)行者
<Version>1.0</Version> 版本
<Router portnum="" id=""> 路由器(端口數(shù)量、ID
<Portn> 端口n
<Connect type="processor" id=""> 鏈接的硬件單元
<Class/> 硬件單元的類別
<Speed/> 數(shù)據(jù)流通信速度
</Connect>
</Portn>
</Router>
<Processor portnum="" linknum="" id=""> 處理器(端口數(shù)量、ID)
<Portn> 端口n
<Connect type="router" id=""> 鏈接的硬件單元
<Class/> 硬件單元的類別
<Speed/> 數(shù)據(jù)流通信速度
</Connect>
</Portn>
</ Processor>
<Memory portnum="" id=""> 存儲(chǔ)器(端口數(shù)量、ID)
<Portn> 端口n
<Connect type="router" id="">
<Class/>
<Speed/>
</Connect>
</Portn>
</ Memory >
</HardTopology>
……
3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
多處理器實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境分為三層框架體系結(jié)構(gòu),目標(biāo)層為目標(biāo)程序運(yùn)行的多型號(hào)、多處理器硬件平臺(tái)及其軟件結(jié)構(gòu),通信層為主機(jī)開發(fā)環(huán)境與目標(biāo)機(jī)程序通信的結(jié)構(gòu),主機(jī)開發(fā)環(huán)境層為實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境的軟件結(jié)構(gòu)。多處理器實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境構(gòu)建在Eclipse框架下,其各個(gè)功能模塊以Eclipse插件或者可執(zhí)行工具的形式存在。為了滿足需求中對(duì)多型號(hào)、多處理器的支持,以及良好擴(kuò)展性的支持,實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)為開放式的框架結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示:
圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖
對(duì)于不同型號(hào)、多處理器硬件平臺(tái)運(yùn)行的目標(biāo)程序可能不同,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、處理器算法程序應(yīng)一一對(duì)應(yīng)于不同型號(hào)、多處理器硬件平臺(tái)。通信層負(fù)責(zé)主機(jī)開發(fā)環(huán)境與目標(biāo)機(jī)程序之間的通信,對(duì)于不同型號(hào)、多處理器平臺(tái)提供不同的主機(jī)-目標(biāo)機(jī)驅(qū)動(dòng)程序,并在驅(qū)動(dòng)程序之上封裝一層主機(jī)-目標(biāo)機(jī)通信抽象層,達(dá)到主機(jī)與目標(biāo)機(jī)通信協(xié)議的統(tǒng)一,這樣建立在通信抽象層的主機(jī)開發(fā)環(huán)境不針對(duì)于某型號(hào)多處理器硬件平臺(tái),具有良好的適用性。同時(shí)在通信層提供遠(yuǎn)程調(diào)試模塊,支持多處理器程序的遠(yuǎn)程開發(fā)與調(diào)試。主機(jī)開發(fā)環(huán)境為開發(fā)人員提供基于Eclipse框架下統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境,開發(fā)人員在多處理器拓?fù)鋱D及其源代碼框架上進(jìn)行開發(fā),而無需過多關(guān)心多型號(hào)、多處理器硬件平臺(tái)及其配置。
4 以代碼建模為中心的開發(fā)模式
根據(jù)硬件平臺(tái)的配置文件,實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境可以構(gòu)建出多處理器拓?fù)鋱D,開發(fā)人員可以在多處理器拓?fù)鋱D上進(jìn)行開發(fā),可以完成開發(fā)階段的如下工作:
1.定義數(shù)據(jù)流處理的鏈路,既數(shù)據(jù)流在多處理器之間的流動(dòng)方向及其流入、流出尺寸規(guī)格,同時(shí)定義用于數(shù)據(jù)流的內(nèi)存分配,對(duì)于流入或者流出的數(shù)據(jù)可以定義單緩存或者雙緩存方案。對(duì)于周期處理算法,還可以定義每個(gè)處理器節(jié)點(diǎn)的處理周期。
2.定義處理器節(jié)點(diǎn)的任務(wù),既處理器可以調(diào)度的執(zhí)行單元,可以定義任務(wù)的名稱及其參數(shù)、任務(wù)堆棧的大小、任務(wù)執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)等。
3.定義處理器節(jié)點(diǎn)的資源,如信號(hào)量、郵箱等。
4.定義任務(wù)或者處理算法的內(nèi)存分配,既處理器節(jié)點(diǎn)變量的定義。在內(nèi)存定義分配時(shí),實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境可以根據(jù)硬件配置文件實(shí)時(shí)判斷內(nèi)存分配的可行與否,給出提示信息。
5.定義目標(biāo)程序(處理器節(jié)點(diǎn)的任務(wù))調(diào)試的方案,在目標(biāo)代碼中生成調(diào)試程序。
在多處理器拓?fù)鋱D上完成開發(fā)階段的工作后,即可自動(dòng)生成代碼框架,然后開發(fā)人員在生成的代碼框架上繼續(xù)開發(fā)。在代碼框架自動(dòng)生成的環(huán)境中,事先定義好代碼框架生成的模板,同時(shí)開放代碼框架模板并給出說明,這樣開發(fā)人員可以自行定義不同類型多處理器硬件平臺(tái)、及其操作系統(tǒng)的代碼框架模板。代碼框架模板的內(nèi)容主要包括:支持的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流通信的代碼、郵箱代碼、信號(hào)量代碼、中斷代碼、調(diào)試程序代碼等。
以代碼建模為中心的開發(fā)模式分順序開發(fā)流程和增量開發(fā)流程,如下圖2和圖3所示:
圖2 順序開發(fā)流程 |
圖3 增量開發(fā)流程 |
在多處理器程序調(diào)試階段,除了傳統(tǒng)的調(diào)試視圖,還可以增加多處理器拓?fù)鋱D的調(diào)試視圖??梢酝ㄟ^多處理器拓?fù)鋱D的調(diào)試視圖觀察多處理器程序執(zhí)行的情況,包括數(shù)據(jù)流通信情況、處理器節(jié)點(diǎn)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間、內(nèi)存使用情況等。
在目標(biāo)機(jī)硬件診斷階段,也可以通過多處理器拓?fù)鋱D動(dòng)態(tài)顯示硬件的診斷結(jié)果,既直觀又容易定位。
可以看出,在多處理器程序開發(fā)的主要步驟都可以圍繞多處理器拓?fù)鋱D進(jìn)行,同時(shí)多處理器拓?fù)?/strong>圖也是很好的目標(biāo)程序說明文檔。這種開發(fā)模式稱為以代碼建模為中心的開發(fā)模式[5]。
5 結(jié)論
本文作者創(chuàng)新點(diǎn):本文設(shè)計(jì)的多處理器實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境是一款開放式、基于標(biāo)準(zhǔn)的多處理器實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境。在通用環(huán)境下,使得多處理器軟件開發(fā)的各個(gè)階段更趨標(biāo)準(zhǔn)化,它不僅能夠顯著提高開發(fā)人員、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的工作效率,而且能夠帶來性能、集成以及實(shí)用型的獨(dú)特組合,適合于多型號(hào)、多處理器目標(biāo)系統(tǒng)的開發(fā),包括了軟、硬件系統(tǒng)仿真功能,工程管理和系統(tǒng)構(gòu)建,版本管理,編輯器,命令解釋器,調(diào)試工具,系統(tǒng)分析工具,系統(tǒng)觀察工具等功能模塊。這種統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境使在基于多處理器目標(biāo)機(jī)的系統(tǒng)級(jí)開發(fā)變得簡(jiǎn)單易行。
致謝: 該文得到了湖北省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目基金(編號(hào):2004AA210B01)的支持,在此特予致謝。本文的研究是做為該項(xiàng)目的一個(gè)子課題來進(jìn)行的,其中第一作者參與了該項(xiàng)目的具體開發(fā)。
參考文獻(xiàn)
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