基于PSOS的TM1300應(yīng)用系統(tǒng)中的BSP研究

摘要：通過在應(yīng)用軟件與板級(jí)支持包BSP之間加一層庫(kù)函數(shù)的方法較好地解決了應(yīng)用程序與板級(jí)支持包函數(shù)間的通信問題，減少了板級(jí)支持包函數(shù)的維護(hù)復(fù)雜度，從而為嵌入式系統(tǒng)板級(jí)支持包的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)有價(jià)值的思路。 關(guān)鍵詞：PSOS;BSP;庫(kù)函數(shù) 板級(jí)支持包BSP屬于嵌入式系統(tǒng)的一部分，它相當(dāng)于一個(gè)板級(jí)驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)際上也是用來描述運(yùn)行于嵌入式微處理器上的軟件與外圍芯片之間接口的一個(gè)軟件層。 本文針對(duì)基于PSOS嵌入式操作系統(tǒng)的PHILIPS TM1300多媒體應(yīng)用系統(tǒng)PCI卡，提出了一種BSP 的函數(shù)組織方法。TM1300的核心是32位處理器，能夠進(jìn)行32位的線性尋址，尋址能力可達(dá)到4GB。TM1300核心處理器采用的是VLIW ?超長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)，可以在每一時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行5個(gè)操作，每秒可完成70億次指令運(yùn)算。TM1300支持16kB的數(shù)據(jù)高速緩存和32kB的指令高速緩存，而且數(shù)據(jù)高速緩存是雙端口的，允許同時(shí)雙向接入。方便的PCI接口允許其在主機(jī)(PC)視頻卡上顯示圖像。從TM1300來看，只有DSPCPU和ICP單元可以對(duì)PCI接口進(jìn)行操作，而從PCI來看，SDRAM和絕大部分處于MMIO空間的寄存器都能夠被外部PCI初始化器件所訪問。圖像協(xié)處理器ICP則可給活動(dòng)視頻提供一個(gè)用于顯示支持的交迭窗口仲裁號(hào)碼。TM1300使用IIC串行總線來配置其外圍器件，并可以在主從兩種模式下工作。此外，它還擁有一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)單(或多)處理器操作系統(tǒng)內(nèi)核，并采用基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度方式，此外，它還支持可搶占的、以及基于時(shí)間片的調(diào)度策略。 1　PSOS在系統(tǒng)中的地位 1.1 DEVICE LIBRARY 將PSOS的模塊化技術(shù)與板級(jí)支持包BSP相結(jié)合可使BSP把上層模塊及應(yīng)用軟件與底層硬件分開，從而保證開發(fā)不受處理器及外圍硬件更新的影響，而只需對(duì)BSP 中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序做簡(jiǎn)單的改動(dòng)即可使其適合于更新或全新的硬件。這在很大程度上減少了開發(fā)該系統(tǒng)多個(gè)版本的工作量。另外，由于BSP把PSOS的內(nèi)核與目標(biāo)機(jī)硬件隔離開來，從而使操作系統(tǒng)內(nèi)核完全與設(shè)備無(wú)關(guān)，保證了內(nèi)核的穩(wěn)定性，同時(shí)提高了應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。 對(duì)于視頻接口中的A/D部分，SAA7114的位置可以由SAA7113來代替，這一硬件上的改動(dòng)將只體現(xiàn)在板級(jí)支持包的變化上，而其上層應(yīng)用軟件不受影響。 BSP包括一個(gè)或多個(gè)例程，可用來定義特定電路板上的外圍芯片，以提供針對(duì)這些芯片的基本操作功能，并完成對(duì)外圍芯片的初始化及各寄存器的設(shè)置等工作，圖1所示是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖中，BSP一方面用于完成外圍芯片的初始化;另一方面，在需要時(shí)改變各芯片的內(nèi)部設(shè)置，從而使硬件按用戶的要求工作于不同的狀態(tài)。而應(yīng)用程序、I/O管理器及操作系統(tǒng)內(nèi)核則通過BSP來對(duì)PCI卡硬件進(jìn)行操作。 1.2 PSOS BSP 必須清楚：PSOS BSP 與TriMedia DEVICE LI-BRARY BSP是不同的。PSOS BSP包括了設(shè)備驅(qū)動(dòng)?drv_conf.c只包含這些驅(qū)動(dòng)的開關(guān)控制的PSOS 啟動(dòng)碼、 PSOS 配置碼和訪問硬件庫(kù)(例如：在系統(tǒng)定時(shí)及安裝中斷句柄時(shí)所需的庫(kù))。它們是PSOS的一部分，而不是應(yīng)用程序的一部分。PSOS BSP應(yīng)當(dāng)適合PSOS操作系統(tǒng)的配置(在sys_conf.h中配置)。由于要把這些特定應(yīng)用程序的配置參數(shù)編譯到PSOS 內(nèi)核中，所以，每次應(yīng)用中都應(yīng)該重新編譯。而不可能用庫(kù)來實(shí)現(xiàn)。

2　BSP的編寫及實(shí)現(xiàn) 一般情況下，BSP對(duì)板卡中每個(gè)芯片的操作都通過多個(gè)函數(shù)來完成。如果應(yīng)用程序?qū)Π蹇ǖ牟僮鞫贾苯油ㄟ^調(diào)用BSP中的函數(shù)來完成，那將很不利于源程序的調(diào)試。更重要的是，應(yīng)用程序的可移植性會(huì)降低，如果硬件作了修改，應(yīng)用程序可能也得做一定的變動(dòng)，這樣就不能達(dá)到有效使用BSP的目的。所以，本文提出把能完成某個(gè)特定功能的函數(shù)封裝在一個(gè)庫(kù)文件中，并放在應(yīng)用程序與BSP之間。這樣，應(yīng)用程序通過調(diào)用少量的庫(kù)函數(shù)就可控制硬件以實(shí)現(xiàn)不同的功能。當(dāng)?shù)讓佑布儎?dòng)時(shí)，只需修改底層實(shí)際執(zhí)行的函數(shù)及相應(yīng)的庫(kù)函數(shù)，而應(yīng)用程序基本不必修改，從而縮短了開發(fā)周期。 另外，BSP中有對(duì)各個(gè)外圍芯片操作的多個(gè)函數(shù)。因此，針對(duì)一個(gè)可升級(jí)的系統(tǒng)，如何高效地管理這些函數(shù)就顯得尤為重要。在SDE2.2開發(fā)環(huán)境中，它采用一個(gè)稱為注冊(cè)表的模塊來管理這些函數(shù)。該模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)開發(fā)人員是透明的，它的功能就是將BSP 中的函數(shù)進(jìn)行注冊(cè)，當(dāng)其他程序需要調(diào)用這些函數(shù)時(shí)，可通過檢索注冊(cè)表來完成。 2.1 編寫B(tài)SP函數(shù) 對(duì)每個(gè)芯片來說，都應(yīng)當(dāng)有初始化函數(shù)，且都有為實(shí)現(xiàn)不同功能而對(duì)各寄存器設(shè)置的函數(shù)及讀取各狀態(tài)寄存器內(nèi)容的函數(shù)等。在初始化函數(shù)中，要完成對(duì)各個(gè)配置寄存器的初始化設(shè)置以使其能在缺省狀態(tài)工作。根據(jù)應(yīng)用程序?qū)τ布牟煌螅渲煤瘮?shù)應(yīng)能完成各種功能，如工作方式的調(diào)整、中斷設(shè)置、寄存器設(shè)置等。而狀態(tài)讀取函數(shù)可以獲取各個(gè)芯片當(dāng)前的狀態(tài)并返回給應(yīng)用程序。由于在這些底層函數(shù)中要用到大量的位運(yùn)算，所以建議在頭文件中多使用宏定義以增加程序的可閱讀性。為了利用上述思想，這里所有的函數(shù)名都使用函數(shù)指針變量來表示。 2.2 每個(gè)芯片定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體 在該結(jié)構(gòu)體中，一般首先定義對(duì)該芯片操作的各函數(shù)的函數(shù)指針，再定義對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體變量，然后將各函數(shù)添加到該結(jié)構(gòu)體變量中。這樣，關(guān)于每個(gè)芯片的函數(shù)都包含在各自的結(jié)構(gòu)體中，便于程序的閱讀、調(diào)試及維護(hù)。 編譯連接產(chǎn)生myboard_bsp.o文件時(shí)，可用此文件替換開發(fā)系統(tǒng)中Trimedia安裝目錄下tmconfig?無(wú)擴(kuò)展名文件中對(duì)BSP的指定，也可以在編譯應(yīng)用程序時(shí)特別指定。 為了保持BSP對(duì)用戶應(yīng)用程序的透明性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)定義相應(yīng)的庫(kù)函數(shù)。如打開SAA7113芯片的函數(shù)SAA7113.OPEN?，關(guān)閉該芯片的函數(shù)SAA7113.CLOSE?等。一般情況下，用戶應(yīng)用程序通過調(diào)用庫(kù)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)該芯片的操作而不關(guān)心底層如何工作。因而需要在庫(kù)函數(shù)中定義一個(gè)同樣類型的結(jié)構(gòu)體變量指針。在庫(kù)函數(shù)中，應(yīng)在注冊(cè)表中檢索前面對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體重對(duì)應(yīng)函數(shù)指針，并將該地址賦值給庫(kù)函數(shù)中定義的該結(jié)構(gòu)體的函數(shù)指針變量，這樣，就可通過調(diào)用相應(yīng)的BSP函數(shù)和進(jìn)行必要的中斷操作來完成其功能。 在應(yīng)用程序執(zhí)行過程中，如果需要對(duì)硬件進(jìn)行操作，只需調(diào)用相應(yīng)的庫(kù)函數(shù)即可，庫(kù)函數(shù)通過BSP函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)對(duì)底層函數(shù)的調(diào)用。如果有必要，底層函數(shù)執(zhí)行完后可返回硬件當(dāng)前的狀態(tài)。這樣的結(jié)構(gòu)不僅可減少應(yīng)用程序代碼，也可使應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)更加清晰。同時(shí)還可使整個(gè)操作流程層次分明，對(duì)BSP的維護(hù)也更加方便。當(dāng)系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，如果需要更改硬件的部分芯片，只需修改底層函數(shù)和所更改部分的函數(shù)即可。庫(kù)函數(shù)也只需很少的更改，而應(yīng)用程序不用更改或只需很少量的更改，這在很大程度上提高了應(yīng)用程序的可移植性。 3　BSP結(jié)構(gòu)在TM1300系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn) 對(duì)于本圖像處理系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能，此處不再贅述，在該系統(tǒng)中，用本文所描述的方法能夠很好地解決應(yīng)用程序?qū)Φ讓佑布牟僮鳌１热鐚?duì)其中的視頻解碼器，如果應(yīng)用程序需要接收視頻信號(hào)，只需調(diào)用視頻解碼器打開庫(kù)函數(shù)，這樣，該庫(kù)函數(shù)即可通過注冊(cè)表調(diào)用相應(yīng)的底層函數(shù)來完成打開視頻解碼器等一系列對(duì)視頻解碼器的初始化工作。當(dāng)視頻解碼器升級(jí)為同系列的其它芯片時(shí)，底層函數(shù)一般只需少量修改，而應(yīng)用程序則基本不必修改即可正常工作。 4　結(jié)束語(yǔ) 本文提出的在應(yīng)用軟件與BSP之間加一層庫(kù)函數(shù)同時(shí)配合使用注冊(cè)表組織管理BSP函數(shù)的方法，較好地解決了應(yīng)用程序與BSP函數(shù)間的數(shù)據(jù)傳遞問題，同時(shí)減少了BSP函數(shù)的維護(hù)復(fù)雜度。此外，該方法也為其它類型的嵌入式系統(tǒng)(VxWORKS等)的BSP設(shè)計(jì)提供了一個(gè)參考。