DSP/BIOS中的IO設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程技術(shù)

介紹了DSP/BIOS中I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫,并給出了一個(gè)在TMS320C5402 DSK上開發(fā)語音處理程序的實(shí)例。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng) 應(yīng)用程序接口（API）

近年來,隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,DSP在航空、航天、雷達(dá)、通信、消費(fèi)類電子設(shè)備等方面都得到了廣泛應(yīng)用;同時(shí),DSP的運(yùn)算能力也越大越強(qiáng)大,TI公司新推出的TMS320C6400系列的運(yùn)算能力可以達(dá)到8800MIPS。這些都要求開發(fā)DSP的應(yīng)用程序要縮短開發(fā)時(shí)間,增加軟件的可編護(hù)性和可重用性。語音壓縮、語音識(shí)別、圖像處理等方面的應(yīng)用要求DSP的開發(fā)盡可能簡單,還要求代碼的執(zhí)行效率高。

DSP/BIOS是TI公司推出的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。DSP/BIOS與TI的CCS（Code Composer Studio）集成在一起。目前最新的版本是CCS 1.2中的DSP/BIOS II。應(yīng)用DSP/BIOS可以大大簡化DSP應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試。與外部設(shè)備的I/O接口是DSP應(yīng)用開發(fā)中不可缺少的重要部分?；贒SP/BIOS的I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)將軟件與硬件分離,提高了軟件的可重用性,在軟件或硬件改動(dòng)時(shí)可使相互的影響降為最小。

1 DSP/BISO操作系統(tǒng)簡介

DSP/BIOS實(shí)際上是一組可重復(fù)調(diào)用的系統(tǒng)模塊API的集合。只占用DSP很少的資源,可以滿足DSP實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)的調(diào)試性能分析,編寫高效的程序。例如,在TMS320C6211上運(yùn)行printf()函數(shù)需花費(fèi)4000個(gè)周期,而運(yùn)行LOG_printf()只花費(fèi)36個(gè)周期,可printf()要比LOG_pfrintf（）多花費(fèi)100倍以上的時(shí)間。下面只對(duì)與I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)有關(guān)的模塊作簡要介紹。

1.1 任務(wù)調(diào)度模塊（HWI/SWI/TSK）

在DSP/BIOS中,任務(wù)的調(diào)度是通過HWI、SWI和TSK三個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的。HWI（硬件中斷管理模塊）管理硬件中斷,主要負(fù)責(zé)DSP與外設(shè)的交互,從外設(shè)中讀寫數(shù)據(jù)。由于硬件中斷直接與硬件打交道,對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR應(yīng)盡可能短小精焊。HWI不引起任務(wù)調(diào)度,它在處理完數(shù)據(jù)的輸入輸出后調(diào)用SWI_post()來調(diào)度相應(yīng)的軟件中斷SWI完成數(shù)據(jù)處理工作。

DSP/BIOS提供兩類優(yōu)先線程：SWI（軟件中斷管理模塊）和TSK（任務(wù)管理模塊）。SWI是DSP/BIOS任務(wù)調(diào)度的核心,SWI任務(wù)是搶斷式的,即高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可以搶斷低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。但是SWI任務(wù)是不可阻塞的,所有SWI任務(wù)共享一個(gè)堆棧,SWI任務(wù)只能在程序編制時(shí)預(yù)先定義好。DSP/BIOS中對(duì)任務(wù)的動(dòng)態(tài)產(chǎn)生和對(duì)阻塞狀態(tài)的支持是通過TSK模塊來實(shí)現(xiàn)的。TSK也是可以搶斷的,但每個(gè)TSK任務(wù)使用獨(dú)立的堆棧。

1.2 通訊模塊（PIP/SIO）

PIP（帶緩沖管道管理模塊）和SIO（流輸入輸出管理模塊）是DSP/BIOS提供的兩個(gè)接口對(duì)象,用于支持DSP與外設(shè)之間 數(shù)據(jù)交換。PIP對(duì)象帶有一個(gè)緩沖隊(duì)列,可以執(zhí)行帶緩沖的讀任務(wù)和寫任務(wù)。SIO沒有緩沖隊(duì)列,SIO的操作get()和put()在應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序之間交換緩沖的指針,而不是數(shù)據(jù)的拷貝,因此執(zhí)行效率比PIP高。

PIP和SIO對(duì)象支持基于幀的信號(hào)處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在多速率系統(tǒng)中需要使用優(yōu)先級(jí)線程來統(tǒng)一端口通信,在其它需要處理不同尺寸、不同速率的幀的系統(tǒng)中,優(yōu)先級(jí)線程也是必須的。PIP對(duì)象可被SWI或TSK線程使用,而SIO對(duì)象只能被TSK使用。

2 低級(jí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)（LIO）

LIO（Low Level I/O）是一組基于DSP/BIOS設(shè)計(jì)的API函數(shù)。它由控制函數(shù)、I/O緩沖區(qū)管理函數(shù)、信令函數(shù)組成,如表1所示。應(yīng)用程序可以通過LIO函數(shù)控制一個(gè)或多個(gè)外設(shè)通道。

表1 LIO API函數(shù)

LIO函數(shù)不考慮數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)送方向,也就是說僅執(zhí)行輸出設(shè)備、僅執(zhí)行輸入設(shè)備和能執(zhí)行輸入、輸出的設(shè)備執(zhí)行的是同樣的函數(shù)。輸入與輸出之間的主要不同點(diǎn)是傳送到緩沖區(qū)隊(duì)列函數(shù)的參數(shù)意義不同。既然所有其它的操作都是同樣的,大多數(shù)控制代碼能在單個(gè)驅(qū)動(dòng)程序中被所有通道共享。

2.1 總體設(shè)計(jì)、設(shè)想和命名規(guī)范

所有的驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)都不能設(shè)置成全局中斷。驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)不影響全局中斷使能標(biāo)記的狀態(tài),僅影響由它控制的外設(shè)所能觸發(fā)的中斷所對(duì)應(yīng)使能標(biāo)記的狀態(tài)。這樣可以阻止一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序與其它驅(qū)動(dòng)程序或應(yīng)用程序爭奪CPU資源。

為了避免由不同驅(qū)動(dòng)程序使用同一函數(shù)名引起的命名空間沖突,也為了改變驅(qū)動(dòng)程序而不需再編譯應(yīng)用程序代碼,可以通過函數(shù)表訪問驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)。用這種方式,僅需要為每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序定義一個(gè)外部符號(hào)。這種符號(hào)有其命名規(guī)范。此命名規(guī)范通過接線板、在片外設(shè)、LIO接口等來區(qū)分。如包含應(yīng)用程序注釋的源代碼為TI TMS320VC5402 DSK的AD50音頻編解碼器執(zhí)行基于DMA的驅(qū)動(dòng)程序,驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)表名是DSK5402_DMA_AD50_TI_ILIO。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序支持的各通道半雙工（輸入或輸出）通道。每個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)通道變量。一個(gè)能執(zhí)行輸入和輸出的物理設(shè)備,如連接到音頻編解碼器的DSP串口,可通過兩個(gè)半雙工通道（一個(gè)輸入,一個(gè)輸出）來訪問。一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序支持多少個(gè)物理設(shè)備和通道依具體實(shí)現(xiàn)而實(shí)。一般一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)能控制一個(gè)物理設(shè)備,此設(shè)備可能有多個(gè)通道。通道號(hào)與物理設(shè)備通道的映射執(zhí)行時(shí)確定。通道號(hào)應(yīng)約定從0開始。對(duì)I/O設(shè)備,一般約定偶數(shù)號(hào)為輸入,奇數(shù)號(hào)為輸出。