關鍵詞：DSP/BIOS 管道 流I/O 主機
引 言
對于數字信號處理應用來說，數據的通信很關鍵。在TI公司的DSP/BIOS環(huán)境下有3種通信方式，即基于管道（PIP，pipe）的通信、基于流（SIO，stream I/O）通道的通信以及基于主機（HST，host）通道的通信。每一種通信方式都是通過調度其相應的內核對象來完成的。DSP/BIOS提供了管理每一種通信方式的模塊及相應地API調用，通過這些模塊及調用，可以完成DSP環(huán)境下的輸入/輸出 （I/O）。本文在對各種通信方式進行簡要介紹的基礎上,對各種通信方式進行比較，并給出利用PIP對象進行數據通信的1個例子。
1 通信方式簡介
（1）主機通信
主機通信方式下，由HST對象完成主機與目標機之間的通信。HST對象靜態(tài)配置為輸入/輸出，每一個HST對象內部是用數據管道對象來實現(xiàn)的。
開發(fā)DSP應用時，可以應用HST對象來模仿數據流和測試程序算法對數據的處理。在程序開發(fā)的早期，特別是在測試信號處理算法時，程序使用輸入通道對象訪問來自主機文件中的數據，以及使用輸出通道對象把算法處理過的結果反饋回主機一側，以供查驗或比較。在程序開發(fā)的后期，當算法開發(fā)完畢時，可以把HST對象改回到PIP對象，通過利用PIP對象完成外設真實數據與目標應用程序之間的通信。
（2）管道通信
管道（PIP）對象用于管理塊I/O（也稱為基于流的I/O或者異步I/O）。每一個PIP對象維護著一個分為固定數量和固定大小的緩沖區(qū)（稱為幀）。所有的I/O操作在每一刻只處理1幀。盡管每一幀長度是固定的，但是應用程序可以在每一幀中放置可變數量的數據（但不能超過最大值）。管道有兩端，一端為寫線程，一端為讀線程。寫線程一端用于向管道中添加數據，讀線程一端用于從管道中讀取數據。管道能夠用于在程序內的任意2個線程之間傳遞數據。經常地，管道的一端由ISR控制，另一端由軟件中斷函數控制。數據通知函數（也稱為回調函數）用于同步數據的傳輸，包括通知讀函數和通知寫函數。當讀或寫1幀數據時，這些函數被觸發(fā)，以通知程序有空閑幀或者有數據可以利用。
（3）流通信
流是一個通道，通過它，數據在應用程序與 I/O設備之間傳輸。流通道可以是只讀的（用于輸入）或者只寫的（用于輸出）。它對所有I/O設備提供了一個簡單通用接口，允許應用程序完全不用考慮每個設備操作的細節(jié)。流I/O的一個重要方面是它的異步特性。當應用程序正在處理當前緩沖區(qū)時，一個新的輸入緩沖區(qū)正在被添充和以前的緩沖區(qū)正在被輸出。流交換的是指針而不是數據，這就大大減少了開銷，使得程序更能滿足實時約束的要求。流模塊（SIO）通過驅動程序來與不同類型的設備打交道。驅動程序由DEV（Device）模塊管理。
設備驅動程序是管理一類設備的軟件模塊。這些模塊遵從通用接口（由DEV提供），因此，流函數能夠發(fā)出普通請求。圖 1 給出了流與設備之間的交互示意圖。
（4）各種通信方式比較
DSP/BIOS支持兩種不同的數據傳輸模型，一種是管道模型，由PIP與HST模塊使用；另一種是流模型，由SIO與DEV模塊使用。2個模型都要求1個管道或者流具有1個讀線程和1個寫線程。2個模型都通過拷貝指針而不是數據來完成數據的拷貝。一般來說，管道模型支持低級通信，而流模型支持高級的、與設備無關的I/O。具體情況如表1所列。
表1 DSP/BIOS環(huán)境下通信方式的比較
| 管道對象（PIP與HST） | 流對象（SIO與DEV） |
| 程序員必須創(chuàng)建自己的驅動程序 | 提供了一種創(chuàng)建設備驅動程序的更加結構化方法 |
| 讀/寫線程可以是任意線程類型或者主機PC | 一端必須由使用SIO調用的任務（TSK）來處理，另一端必須由使用Dxx調用的HWI處理 |
| PIP函數是非阻塞的，程序在管道寫或讀之間必須進行檢查，以確保緩沖區(qū)可利用 | SIO_put、SIO_get和SIO_reclaim是阻塞函數（SIO）_issue是非阻塞函數） |
| 使用更少的內存，一般較快 | 更加靈活，使用簡單 |
| 每個管道擁有自己的緩沖區(qū) | 緩沖區(qū)能夠從一個流傳輸到另一個流而不用拷貝 |
| 管道必須使用配置工具靜態(tài)地配置 | 流可以在運行時刻創(chuàng)建或者使用配置工具靜態(tài)地配置 |
| 對推棧設備（stacking devic）沒有內建地支持 | 提供對堆棧設備（stacking devic）的支持 |
| 使用HST（內部PIP實現(xiàn)）使得主機與目標機的通信容易起來 | DSP/BIO提供了大量的設備驅動程序 |
2 基于管道通信的一個例子
在基于以上分析的基礎上，給出利用管道進行通信的1個例子。該例是音頻處理的一個例子。數據從數據源輸入到編碼器以后經量化通過串行口輸入到目標機，目標機處理完畢后再經串行口發(fā)送到編碼器，由編碼器經揚聲器輸出。圖2給出數據的流程圖。
（1）管道設計
該例中，設計了DSS_rxPipe和DSS_txPipe兩個管道，其中DSS_rxPipe用于數據的接收，DSS_txPipe用于數據的發(fā)送。
（2）線程設計
由于每個管道分別對應1個讀寫線程，因此，發(fā)送管道與接收管道總共需要4個讀寫線程。本例中為了簡化設計，只設計了2個線程。其中，音頻處理函數（設計為軟件中斷SWI）既作為接收管道的讀線程又作為發(fā)送管道的寫線程；串行口接收中斷處理服務例程ISR既作為接收管道的寫線程又作為發(fā)送管道的讀線程。
每次中斷發(fā)生時，串行口中斷服務例程（ISR）把數據接收寄存器（DRR）中的數據字（32位）拷貝到數據接收管道的一空閑幀中。當1幀被填滿時，ISR把該滿幀寫到數據接收管道中（通過調用PIP_put），供該管道的讀線程（即音頻處理函數）讀取。音頻處理函數執(zhí)行時，它讀取接收管道中的一滿幀，處理完畢后再把它寫到發(fā)送管道的一空閑幀中，供該管道的讀線程（即ISR）發(fā)送。每次ISR觸發(fā)時，它從發(fā)送管道中讀取一滿幀（若有的話），并每次32位字地發(fā)向串行口發(fā)送寄存器（DXR）直到1幀中的所有數據發(fā)送完畢。然后，該空閑幀被回收到發(fā)送管道，供音頻處理函數（即該管道的寫線程使用）。需要注意的是，由于例子當中發(fā)送速率與接收速率一樣，因此，中斷處理函數不但負責數據的接收也負責數據的發(fā)送，并且每次中斷執(zhí)行時只發(fā)送1個32位字。
（3）需注意的問題
PIP_alloc和PIP_put由PIP對象的寫線程調用，PIP_get和PIP_free由PIP對象的讀線程調用，這種調用順序是非常重要的。若打亂這種調用順序，將會產生不可預測的后果。因此，每一次對PIP_alloc的調用都要跟著對PIP_put的調用才能繼續(xù)調用PIP_alloc；對于PIP_get，情況也是如此。
另外，為了避免PIP調用過程中產生遞歸，作為通知讀/寫函數的一部分，應該避免調用PIP API函數。如果為了效率起見必須要這樣做，那么對諸如此類的調用應該加以保護，以阻止同一管道對象的重入以及錯誤的PIP API調用順序。例如，在發(fā)送管道的通知讀函數以及接收管道的通知寫函數的開始部分，我們添加了如下語句，以避免遞歸調用：
static Int nested = 0；
…
if (nested){/*防止由于調用PIP_get函數而產生的遞歸調用*/
return；
}
nested =1；
…
3 總 結
在DSP/BIOS提供的3種通信方式中，由于PIP對象的效率很高，因此使得它在基于DSP應用系統(tǒng)的輸入輸出中得到了廣泛的應用。但是，我們在利用其所提供的便利的同時，一定要妥善處理好通知讀/寫函數的編寫工作，以免發(fā)生遞歸調用，產生災難性的后果。
下載文檔
