OMAPL138雙核系統(tǒng)的調(diào)試方案設(shè)計

摘要：OMAPL138高性能、低功耗雙核處理器為手持式移動設(shè)備提供強有力的支持。對雙核通信模塊DSPLink的軟件架構(gòu)和在Linux嵌入式操作系統(tǒng)下的編譯加載進行了分析和介紹，以消息隊列組件為例分析了ARM和DSP雙核通信時通道的建立和連接的方式。通過DSP／BIOS和Linux端DSPLink的MSGQ接口和多線程技術(shù)，建立ARM和DSP消息傳遞通道，提供了在雙核開發(fā)中對DSP端暗箱調(diào)試的解決方法。
關(guān)鍵詞：OMAPL138；雙核處理器；DSPLink；消息隊列；調(diào)試

1 雙核調(diào)試困難
    雙核芯片的推出為兼顧強大的數(shù)據(jù)處理能力和良好的用戶體驗提供了解決方案，將雙CPU集成在一個芯片上也簡化了硬件電路設(shè)計的難度。但是，雙核開發(fā)增加了軟件設(shè)計的難度。以往的ARM工程師與DSP算法工程師的明確分工已經(jīng)不能適用于雙核芯片的開發(fā)，需要在雙核芯片的同步運行上提供一些解決方案。開發(fā)工程師在進行雙核開發(fā)中會遇到調(diào)試方面的困難，以往的CCS和仿真器的調(diào)試方式已經(jīng)不適用于雙核環(huán)境下對DSP程序的調(diào)試。DSP端的程序運行，無法直觀地提供調(diào)試信息給開發(fā)者，相當(dāng)于一個“黑匣子”，以至于開發(fā)者無法獲取DSP端寄存器和變量的變化情況。本文通過推出基于DSPLink軟件模塊的消息隊列組件，使DSP調(diào)試信息通過ARM端應(yīng)用程序打印。

2 雙核通信理論
    TI公司推出的OMAP體系結(jié)構(gòu)與其推出的達芬奇結(jié)構(gòu)有相似之處，OMAP體系開發(fā)套件與達芬奇套件有很大的相似性，而達芬奇處理器最具革命性的意義在于它的全平臺開放。TI提供了全套開發(fā)套件，給工程師們在開發(fā)上提供了便利性和規(guī)范。開發(fā)套件中，基于雙核通信的底層為DSPLink模塊，為核心模塊。
2．1 DSPLink雙核通信構(gòu)架
    在OMAP體系中，芯片設(shè)計時，在片內(nèi)分配一塊RAM內(nèi)存區(qū)域，是ARM和DSP都可以直接使用的共享內(nèi)存區(qū)域。在小數(shù)據(jù)量的簡單的控制信息通信時，可以直接使用片內(nèi)的共享內(nèi)存，通信速率也是最快的。同時還有將共享內(nèi)存分配在片外的DDR，以便進行大數(shù)據(jù)量的傳輸。
    DSPLink為TI針對雙核通信的底層模塊，在ARM端和DSP端具有相似的作用，在ARM端Linux嵌入式操作系統(tǒng)中作為Linux的內(nèi)核模塊存在，扮演著設(shè)備驅(qū)動的角色，通過驅(qū)動提供的眾多上層API接口直接操作共享內(nèi)存。在DSP端其連接的是TI推出的主要用于DSP的一款實時操作系統(tǒng)DSP／BIOS，同樣作為驅(qū)動存在。采用DSPLink軟件方法將物理層抽象出來，為硬件提供了十分優(yōu)秀的擬合，使ARM和DSP在通信上實現(xiàn)無縫的鏈接。
    DSPLink的軟件構(gòu)架如圖1所示。

    (1)在GPP端
    GPP OS：在GPP端多采用操作系統(tǒng)，比較常用的是嵌入式操作系統(tǒng)Linux和WinCE，TI的DVSDK中有相關(guān)的支持。
    OS抽象層：OS抽象層包含了DSPLink需要的一些通用的OS服務(wù)部件，通過此層使DSPLink可以不依賴特定的操作系統(tǒng)，從而可以利用接口特性更多地針對不同的操作系統(tǒng)使用，使開發(fā)者方便地移植到不同操作系統(tǒng)中。
    Link Driver：GPP端的驅(qū)動層，該層提供了共享內(nèi)存的GPP端的驅(qū)動。
    Processor Manager：該層維護一個針對所有模塊的Book-Keeping信息，通過API給用戶提供通過Link Driver的控制操作。
    DSP／BIOS Link：通過API可以脫離對底層的了解，直接操作共享內(nèi)存，以實現(xiàn)通信。
    (2)在DSP端
    DSP Link Driver：Link Driver是DSP／BIOS中驅(qū)動的一部分，該部分驅(qū)動只負責(zé)基于物理連接之上與GPP之間的交互。
    DSP／BIOS：DSP端的實時操作系統(tǒng)。
2．2 MSGQ通信搭建方法
    雙核通信的基本模式即是一方將所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)放到共享內(nèi)存中，通過中斷的方式告知另一方。作為DSPLink中不同的通信模塊，存在的不同只是對共享內(nèi)存的組織方式不同。下面以MSGQ傳輸方式為例分析建立雙核通信構(gòu)架。
    MSGQ表述消息隊列方式，主要針對ARM和DSP端可變長度的短消息的交互，是基于DSP／BIOS的MSGQ模塊實現(xiàn)的。消息的發(fā)送／接收都要以隊列的方式進行。消息的發(fā)送者將消息發(fā)送入隊列中，隨后接收者從隊列中將消息取出。每個消息隊列只能有一個接收者，但是可以同時有多個發(fā)送者。在一個任務(wù)中，可以進行多個消息隊列的讀寫。使用MSGQ進行數(shù)據(jù)傳輸還需要用到另外兩個組件：
    ①PROC，在GPP應(yīng)用中模擬DSP角色，控制DSP程序的載入、運行、停止。
    ②POOL，用于分配存儲器緩沖區(qū)，將內(nèi)存合理分塊，使分配所需內(nèi)存適合傳輸數(shù)據(jù)的尺寸。
    利用這兩個組件，將完成DSP程序的載入啟動和內(nèi)存池的分配。
    MSGQ通信流程如圖2所示。

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    GPP端按如下順序開通消息隊列：
    ①PROC_setup()。采用ARM端應(yīng)用程序載入DSP程序到DSP中運行的方法啟動DSP，由于PROC組件被用于模擬DSP，首先要針對PROC進行創(chuàng)建和初始化。
    ②PROC_attach(processorId，NULL)。在DSP端運行之前，需要建立與GPP端通信的DSP的關(guān)聯(lián)，其中指定的processorId為與之通信的DSP的編號，防止ARM與多DSP通信時造成連接混亂。
    ③POOL_open(POOL_makePoolId(processorId，POOL_ID)，＆SamplePoolAttrs)。打開共享內(nèi)存池，內(nèi)存緩沖區(qū)同樣需要一個ID來進行不同的分工。SamplePoolAttrs用來指定緩沖區(qū)大小、buffer個數(shù)等屬性。
    ④MSGQ_open(SampleGppMsgqName，＆SampleGppMsgq，NULL)。在進行MSGQ通信之前的一個前提是處理器雙方都需要各自打開一個消息隊列，每個消息隊列擁有各自的name，只有當(dāng)連接方提出的name與消息隊列的name相吻合的時候，消息隊列才得到建立。利用該API打開消息隊列，SampleGppMsgqName指代的是GPP端消息隊列的name。
    ⑤PROC_load(processorId，(Char8*)＆imageInfo，numArgs，args)。將編譯好的DSP程序載入DSP中，相關(guān)參數(shù)為DSP的編號、DSP可運行程序名字、參數(shù)的個數(shù)和運行參數(shù)。
    ⑥PROC_start(processorId)。開始運行編號為processorId的DSP。
    ⑦MSGQ_locate(dspMsgqName，＆SampleDspMsgq，＆syncLocateAttrs)。等待需要建立的消息隊列打開。由于通信時需要將一條消息隊列的兩個端口都關(guān)聯(lián)到指定的處理器，只有name為dspMsgqName的消息隊列一邊已經(jīng)打開后，才能連接指定要連接的消息隊列，該消息隊列才真正建立起來，并進行通信。該接口函數(shù)與MSGQ_open相呼應(yīng)。syncLocateAttrs為指定等待的相關(guān)屬性，例如指定該屬性為syncLocateAttr s．timeout=WAIT_FOREVER時，程序一旦運行到此函數(shù)處，如果另一方處理器還沒有MSGQ_open的name為dspMsgqName的消息隊列，便會阻塞在此處，直到打開為止。至此GPP端的消息隊列已經(jīng)完成設(shè)置，等待DSP端消息隊列的建立。
    DSP端按如下順序開通隊列：
    ①建立TASK任務(wù)。由于DSPLink是基于處理器兩端操作系統(tǒng)進行的連接，因此，在DSP端同樣必須采用操作系統(tǒng)作為通信的媒介，采用DSP／BIOS操作系統(tǒng)，以任務(wù)的形式運行程序。
    ②創(chuàng)建和初始化MSGQ傳輸屬性。在進行MSGQ的創(chuàng)建打開之前，要先指定MSGQ的相關(guān)屬性。
    ③MSGQ_open((String)dspMsgQName，＆info->localMsgq，＆msgqAttrs)創(chuàng)建DSP端消息隊列，原理如同GPP端。
    ④MSGQ_locate(GPP_MSGQNAME，＆info->locatedMsgq，＆syncLocateAttrs)等待連接GPP端打開的消息隊列，原理如同GPP端。
    ⑤當(dāng)GPP和DSP端消息隊列都建立完畢，并且關(guān)聯(lián)，通信即建立，可以采用MSGQ_put和MSGQ_get發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

3 基于MSGQ雙核調(diào)試方案
    MSGQ組件在實際的應(yīng)用中因其數(shù)據(jù)長度的可變性，對DSP端應(yīng)用程序的調(diào)試提供了強大的解決方案。通過MSGQ的分析可以發(fā)現(xiàn)，采用ARM和DSP端聯(lián)合，通過log打印的方式可以方便地對DSP端的運行情況進行一定的了解。
    在GPP端和DSP端應(yīng)用程序中建立獨立線程和任務(wù)。由于只需要將DSP信息傳輸?shù)紾PP端而不需要GPP端的反饋信息，因此只需要設(shè)計單向傳輸，創(chuàng)建一條消息隊列即可。當(dāng)DSP端運行到需要打印的信息時，將消息暫存于指定的內(nèi)存空間，當(dāng)任務(wù)切換到調(diào)試任務(wù)時，將暫存的消息發(fā)送到GPP端，GPP端接收到消息后在終端打印。調(diào)試建立流程如圖3所示。

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3．1 DSP端


    (4)釋放內(nèi)存
    釋放內(nèi)存主要采用MSGQ_release(DebugMsgq)，進行消息隊列的釋放。
3．2 GPP端
    GPP端的消息結(jié)構(gòu)與DSP端相同。
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    (3)釋放內(nèi)存
    主要采用MSGQ_Close(GppMsgq)；釋放建立的消息隊列。
    根據(jù)圖3，在DSP端，首先需要建立調(diào)試打印任務(wù)并且為所需要傳輸?shù)膌og長度分配內(nèi)存空間，隨后在log發(fā)送端初始化中進行MSGQ的定位MSGQ_locate()，通過定位將指定連接DSP與GPP端的消息傳輸隊列。消息就通過此隊列進行傳輸，采用MSGQ_put()將DSP端的調(diào)試信息發(fā)送到GPP端。在多次傳輸調(diào)試信息后，占用過多的內(nèi)存空間會導(dǎo)致內(nèi)存泄露。為防止這種狀況的發(fā)生，要在傳輸完畢后進行空間的釋放，在下次傳輸時再重新創(chuàng)建。雖然這會影響到傳輸時間，但是為了內(nèi)存空間更加便利安全的管理，在傳輸結(jié)束后應(yīng)立即釋放。
    在GPP端，為了使MSGQ調(diào)試程序與主程序的運行互不干擾，創(chuàng)建單獨線程進行調(diào)試使用。在接收內(nèi)存空間分配好后，采用MSGQ_open()打開已經(jīng)創(chuàng)建的MSGQ，使用MSGQ_get()消息接收。在接收完調(diào)試信息后，可以直接利用printf將調(diào)試信息通過串口打印在調(diào)試工具上。GPP端打印完成后，同樣需要對分配內(nèi)存空間進行釋放。至此完成調(diào)試。
    該調(diào)試方法同樣存在著缺陷：DSP端正在運行的任務(wù)無法直接顯示消息，需要將消息暫存，隨后進行任務(wù)切換傳輸，因此無法即時進行調(diào)試信息的顯示。但對于開發(fā)者來說，常常只是需要知道變量的數(shù)值或者程序運行的進度，所以此缺陷不會成為影響調(diào)試的大障礙，可以接受。

4 測試驗證
    采用DVSDK中提供的exanlple進行更改，更改上述調(diào)試模塊，對MSGQ的雙核調(diào)試信息進行測試，打印出通過與EMIFA相連接的LED的值，如圖4所示。

   
    采用insmod dsplinkk．ko將編譯好的內(nèi)核模塊加載進系統(tǒng)中，然后利用GPP端應(yīng)用程序載入DSP端應(yīng)用，在DSP端中，將string為“led test reg=”作為msg->str參數(shù)，將控制LED的寄存器作為arg[]參數(shù)，傳入GPP端打印出來。

結(jié)語
    本文針對OMAP雙核體系分析了在TI雙核體系中雙核進行通信的方式，又分析了DVSDK中雙核通信底層模塊DSPLink在Linux操作系統(tǒng)中的搭建和以MSGQ通信時的過程。雙核體系硬件擬合性好，功耗低，有很好的應(yīng)用前景。針對的雙核開發(fā)過程中調(diào)試難的特點設(shè)計了log打印的調(diào)試方式，在實際的應(yīng)用中有較大的意義。