用類／微驅(qū)動(dòng)模型開(kāi)發(fā)DSP視頻驅(qū)動(dòng)程序
關(guān)鍵詞 DM642 I／O設(shè)備驅(qū)動(dòng) 類／微驅(qū)動(dòng)模型 DSP／BlOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
近年來(lái)，DSP運(yùn)算能力的不斷增強(qiáng)，使其在電子設(shè)備方面得到了廣泛的應(yīng)用。DSP／BIOS是TI公司推出的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，與TI的CCS(Code Composer Studio)集成在一起。用DSP／BIOS可以大大簡(jiǎn)化DSP應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試，其中與外圍設(shè)備的I／O接口是DSP應(yīng)用開(kāi)發(fā)中不可缺少的重要部分。TI公司為C64x系列DSP的開(kāi)發(fā)者提供了一種類／微驅(qū)動(dòng)模型(class／mini drivermodel)。通過(guò)對(duì)外圍設(shè)備設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序，為高層應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口來(lái)操作底層硬件。只要足遵循此驅(qū)動(dòng)程序接口標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的高層應(yīng)用程序，都可以在具有相同接口的不同硬件平臺(tái)上運(yùn)行，從而使DSP軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)相分離，提高了軟件的可重用性、可維護(hù)性和可移植性，縮短了總體驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)周期。
1 DSP的外設(shè)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)模型
TI公司為開(kāi)發(fā)DSP的外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序定義了標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型，并將設(shè)備驅(qū)動(dòng)分為類驅(qū)動(dòng)和微驅(qū)動(dòng)，即依賴于硬件層和不依賴于硬件層。兩層之間使用通用接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并提供了一系列的API接口，用戶應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用API來(lái)訪問(wèn)相應(yīng)的外部設(shè)備。外設(shè)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)模型的建立，提高了外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的可重用性和模塊化程度，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。外設(shè)開(kāi)發(fā)模型如圖1所示。
①類驅(qū)動(dòng)(class driver)。類驅(qū)動(dòng)程序用來(lái)為應(yīng)用程序提供接口。這部分程序與所使用的硬件設(shè)備無(wú)關(guān)，主要功能包括維護(hù)設(shè)備緩沖區(qū)，向上提供API接口供應(yīng)用程序調(diào)用，向下提供適配層與微驅(qū)動(dòng)層相連，實(shí)現(xiàn)API接口函數(shù)到微驅(qū)動(dòng)層程序的映射。
②微驅(qū)動(dòng)(mini driver)。微驅(qū)動(dòng)程序與外部硬件設(shè)備相關(guān)，所以設(shè)計(jì)微驅(qū)動(dòng)程序是外設(shè)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。微驅(qū)動(dòng)程序與類驅(qū)動(dòng)程序的接口格式是固定的，但微驅(qū)動(dòng)程序?qū)Φ讓佑布牟僮鲃t須根據(jù)硬件平臺(tái)的不同需要做相應(yīng)的改動(dòng)。微驅(qū)動(dòng)通過(guò)接收類驅(qū)動(dòng)層發(fā)出的調(diào)用命令來(lái)決定對(duì)底層硬件進(jìn)行什么樣的操作。
類驅(qū)動(dòng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的微驅(qū)動(dòng)接口調(diào)用微驅(qū)動(dòng)控制硬件設(shè)備。到日前為止，TI共定義了3類驅(qū)動(dòng)：①流輸入輸出模塊(SIO)，為每個(gè)DSP／BIOS線程提供一個(gè)獨(dú)立的I／O機(jī)制，執(zhí)行點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送，支持動(dòng)態(tài)創(chuàng)建，通過(guò)DIO適配模塊與IOM連接；②管道管理模塊(PIP)，提供管理異步I／O的數(shù)據(jù)管道，每個(gè)管道對(duì)象都有一塊同樣大小的緩存，PIP模塊通過(guò)緩存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)PIO適配模塊與IOM通信；③通用輸入輸出模塊(GIO)，基于流輸入／輸出模式的同步I／O，適合大流量數(shù)據(jù)的傳輸，更適合文件系統(tǒng)。在用戶應(yīng)用程序中可直接調(diào)用GIO的API函數(shù)，GIO不需要額外的適配模塊，可直接與IOM進(jìn)行交互。GIO的這些優(yōu)點(diǎn)使得通過(guò)GIO模塊與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)流傳輸，操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，所以在視頻采集的類驅(qū)動(dòng)中采用了通用輸入輸出模塊GIO。
GIO模塊實(shí)現(xiàn)GIO的類驅(qū)動(dòng)，用于提供一個(gè)模塊化的讀寫(xiě)應(yīng)用程序接口到應(yīng)用程序。通過(guò)封裝這部分代碼，應(yīng)用程序可以通過(guò)GIO提供的應(yīng)用程序接口問(wèn)接調(diào)用各種IOM微驅(qū)動(dòng)來(lái)減小整體的代碼大小，如圖2所示。
GIO模塊提供下述功能：提供模塊化的讀寫(xiě)應(yīng)用程序；用IOM接口與指定設(shè)備微驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)程序通信；支持多個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)；支持雙向通道；允許用戶配置模塊化功能；支持應(yīng)用程序增加新的應(yīng)用領(lǐng)域(如視頻)。其中，最后一項(xiàng)功能很重要。GIO_submit函數(shù)對(duì)新增加的用戶定制的應(yīng)用程序接口(API)提供標(biāo)準(zhǔn)通道(如video)。這種用戶定制的類型包括用于文件系統(tǒng)的讀寫(xiě)應(yīng)用程序接口模塊，例如UART、DSP視頻幀等的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)用讀寫(xiě)應(yīng)用程序接口來(lái)完成應(yīng)用程序與文件之間的數(shù)據(jù)傳輸，需要由GIO類驅(qū)動(dòng)和IOM微驅(qū)動(dòng)來(lái)完成所需的雙向通道。對(duì)GIO接口模塊的擴(kuò)展可以更加友好和高效地實(shí)現(xiàn)視頻抓取和視頻顯示。這種擴(kuò)展特別滿足了視頻設(shè)備存儲(chǔ)空間(例如指定的幀緩存)的分配，而且通過(guò)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序調(diào)用來(lái)更新視頻幀緩存，提供視頻驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用程序之間最新的視頻數(shù)據(jù)的更新。GIO類驅(qū)動(dòng)具有如下接口。在函數(shù)表中指定設(shè)備的操作模式：
微驅(qū)動(dòng)IOM通常包括如下函數(shù)：通道綁定函數(shù)(md-BindDev)，通道創(chuàng)建函數(shù)(mdCreateChan)，通道刪除函數(shù)(mdDeleteChan)，I／O請(qǐng)求發(fā)送函數(shù)(mdSubitChan)，通道解綁定函數(shù)(mdUnBindDev)和設(shè)備控制函數(shù)(mdControl-Chan)。類驅(qū)動(dòng)通過(guò)調(diào)用這些底層函數(shù)完成相應(yīng)外部設(shè)備與應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)傳送通道的創(chuàng)建，以及外部設(shè)備和內(nèi)存空間的分配，控制各個(gè)線程之間數(shù)據(jù)傳送的同步等。這些規(guī)定好的底層函數(shù)將放入微驅(qū)動(dòng)的函數(shù)接口表(IOM_Fxns)中的相應(yīng)位置，供應(yīng)用程序通過(guò)適配模塊或直接由GIO類驅(qū)動(dòng)調(diào)用。IOM接口表的結(jié)構(gòu)如下：
在調(diào)用IOM微驅(qū)動(dòng)之前，必須要先在DSP／BIOSConfig中注冊(cè)。在Device Drivers中右擊選擇插入一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，命名為VPlACAPTURE，并進(jìn)行各個(gè)屬性(如函數(shù)表指針、函數(shù)表類型和設(shè)備ID號(hào)等)的配置，指明IOM—Fxns函數(shù)表地址和設(shè)備參數(shù)地址，如圖3所示。
2 DM642芯片視頻驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
視頻驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)主要包括微驅(qū)動(dòng)、類驅(qū)動(dòng)和中間接口3方面的設(shè)計(jì)。為了最大程度的提高視頻驅(qū)動(dòng)代碼的復(fù)用性和通用性，在視頻采集驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵗校贕IO類驅(qū)動(dòng)程序基礎(chǔ)上進(jìn)一步封裝成FVID類。將微驅(qū)動(dòng)細(xì)分為視頻端口類和指定的編解碼芯片微驅(qū)動(dòng)，二者之間通過(guò)外部設(shè)備控制接口(EDC)實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍芯片的打開(kāi)、控制和關(guān)閉等操作。這樣一來(lái)，即使所使用的板卡上集成了不同的視頻編解碼芯片，也只需改變特定編解碼芯片的微驅(qū)動(dòng)。視頻采集驅(qū)動(dòng)程序的類／微驅(qū)動(dòng)模型如圖4所示。
例如，對(duì)VPORT_PortParams接口的說(shuō)明屬于對(duì)VPORT端口類的說(shuō)明，而對(duì)SAA712l接口的說(shuō)明則屬于對(duì)特定編碼芯片的說(shuō)明。如果把VPORT類用于不同的芯片，則只需對(duì)SAA712l進(jìn)行修改。對(duì)EDC的接口說(shuō)明如下(指定要對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行打開(kāi)、關(guān)閉等的操作)：
下面舉例說(shuō)明對(duì)FVID類驅(qū)動(dòng)的視頻應(yīng)用程序接口(video API)的操作。就應(yīng)用程序而言，對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的操作可分為3個(gè)階段：創(chuàng)建、處理和刪除。創(chuàng)建是在應(yīng)用程序與外部設(shè)備之間建立一個(gè)數(shù)據(jù)輸入／輸出的邏輯通道，對(duì)應(yīng)于FVID_create；處理是在應(yīng)用程序與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，并對(duì)外設(shè)進(jìn)行相應(yīng)的控制，對(duì)應(yīng)于FVID_control和FVID_alloc；外設(shè)使用完畢后，相應(yīng)地刪除原先所建立的通道，對(duì)應(yīng)于FVID_delete。具體的調(diào)用函數(shù)如下：
結(jié)語(yǔ)
本文介紹了TI公司開(kāi)發(fā)的類／微驅(qū)動(dòng)模型和改進(jìn)后DM64z的視頻類／微驅(qū)動(dòng)模型。實(shí)踐表明，DM642的視頻類／微驅(qū)動(dòng)模型降低了系統(tǒng)中軟硬件之間的耦合性，提高了驅(qū)動(dòng)程序的可重用性和可移植性，簡(jiǎn)化了視頻驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。
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