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          基于DSP多處理器實時開發(fā)環(huán)境的設計

          作者: 時間:2008-06-13 來源:網絡 收藏
          摘要:一般都是針對單獨進行的,當一個系統(tǒng)中使用了多種類型的芯片時,往往無法同時使用這些,也就無法進行系統(tǒng)級開發(fā)。本文通過研究提出了一種多開發(fā)思想,它可以支持多種型號的同時開發(fā),使系統(tǒng)級開發(fā)變得簡單易行。這種統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境使開發(fā)人員始終面向同一個開發(fā)環(huán)境,易學易用,提高了開發(fā)效率。
          關鍵詞:多處理器;;Eclipse

          1 引言

          隨著電子技術的發(fā)展和芯片處理能力的增強,數(shù)字信號處理技術[1]獲得了空前的發(fā)展。由多處理芯片組成的陣列信號處理系統(tǒng),使通訊、雷達、聲納進入數(shù)字化飛速發(fā)展的時代。但如何多處理芯片的信號處理系統(tǒng)建立實時的軟件開發(fā)環(huán)境一直是個難題。以往的軟件開發(fā)環(huán)境一般都與CPU芯片緊密結合在一起,每一型DSPCPU芯片都配備了專用的開發(fā)環(huán)境。這些開發(fā)環(huán)境一般都針對單獨處理器進行開發(fā),而且相互之間互不兼容,當一個系統(tǒng)中使用了多種類型的DSPCPU芯片時,往往無法同時使用這些開發(fā)環(huán)境,也就無法進行系統(tǒng)級開發(fā)。對于此,我們開發(fā)了一種系統(tǒng)級的軟件開發(fā)工具,它可以支持多型處理器同時開發(fā),使系統(tǒng)級開發(fā)變得簡單易行。這種統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境使開發(fā)人員始終面向同一個開發(fā)環(huán)境,易學易用,提高了開發(fā)效率。

          多處理器實時開發(fā)環(huán)境建立在以開放的Eclipse平臺[2,3]為框架的基礎之上,所以其主要的思路緊密結合了Eclipse平臺及其插件進行構建及其設計,采用以配置文件為中心的支撐框架,各個功能模塊圍繞配置文件展開設計與實現(xiàn)。也就是說,通過配置文件構建起硬件平臺的描述、數(shù)據(jù)流處理的描述、工程環(huán)境的描述等等,然后各個功能模塊根據(jù)相關的描述進行設計與實現(xiàn)??梢钥闯觯渲梦募脑O計在多處理器實時開發(fā)環(huán)境中的重要性,對配置文件的改動涉及到功能模塊實現(xiàn)的改動。

          2 配置文件說明

          配置文件采用XML格式[4]進行描述。以配置文件為中心的設計思路是軟件標準化的途徑。通過配置文件描述多處理器實時開發(fā)環(huán)境所有可配置的內容,包括目標硬件的描述、工程的描述、開發(fā)環(huán)境的描述等等,然后圍繞配置文件展開軟件的設計與開發(fā),實現(xiàn)具體的執(zhí)行邏輯。這種軟件設計思路具有很好的目標硬件可擴展、可維護性、可定制性等特點。下面具體說明一下硬件拓撲的配置文件。

          在多處理器實時開發(fā)環(huán)境項目建立的過程中,硬件拓撲圖描述文件將被建立起來,作為該項目開發(fā)的起點與基礎。硬件拓撲圖文件主要描述了項目中可編程的硬件單元及其互連關系,可編程硬件單元一般包括處理器、存儲器、路由器等。硬件拓撲圖描述文件名定義為HardTopology.xml。下面給出硬件拓撲配置文件的部分信息:

          ?xml version="1.0"?> XML文件版本

          HardTopology>

          Name>Hard Topology/Name> 硬件拓撲圖名稱

          Information/> 硬件拓撲圖描述信息

          Issuer>by ZKHX/Issuer> 發(fā)行者

          Version>1.0/Version> 版本

          Router portnum="" id=""> 路由器(端口數(shù)量、ID

          Portn> 端口n

          Connect type="processor" id=""> 鏈接的硬件單元

          Class/> 硬件單元的類別

          Speed/> 數(shù)據(jù)流通信速度

          /Connect>

          /Portn>

          /Router>

          Processor portnum="" linknum="" id=""> 處理器(端口數(shù)量、ID)

          Portn> 端口n

          Connect type="router" id=""> 鏈接的硬件單元

          Class/> 硬件單元的類別

          Speed/> 數(shù)據(jù)流通信速度

          /Connect>

          /Portn>

          / Processor>

          Memory portnum="" id=""> 存儲器(端口數(shù)量、ID)

          Portn> 端口n

          Connect type="router" id="">

          Class/>

          Speed/>

          /Connect>

          /Portn>

          / Memory >

          /HardTopology>

          ……

          3 系統(tǒng)總體設計

          多處理器實時開發(fā)環(huán)境分為三層框架體系結構,目標層為目標程序運行的多型號、多處理器硬件平臺及其軟件結構,通信層為主機開發(fā)環(huán)境與目標機程序通信的結構,主機開發(fā)環(huán)境層為實時開發(fā)環(huán)境的軟件結構。多處理器實時開發(fā)環(huán)境構建在Eclipse框架下,其各個功能模塊以Eclipse插件或者可執(zhí)行工具的形式存在。為了滿足需求中對多型號、多處理器的支持,以及良好擴展性的支持,實時開發(fā)環(huán)境設計為開放式的框架結構。系統(tǒng)總體結構如圖1所示:

          圖1系統(tǒng)總體設計圖

          對于不同型號、多處理器硬件平臺運行的目標程序可能不同,實時操作系統(tǒng)、處理器算法程序應一一對應于不同型號、多處理器硬件平臺。通信層負責主機開發(fā)環(huán)境與目標機程序之間的通信,對于不同型號、多處理器平臺提供不同的主機-目標機驅動程序,并在驅動程序之上封裝一層主機-目標機通信抽象層,達到主機與目標機通信協(xié)議的統(tǒng)一,這樣建立在通信抽象層的主機開發(fā)環(huán)境不針對于某型號多處理器硬件平臺,具有良好的適用性。同時在通信層提供遠程調試模塊,支持多處理器程序的遠程開發(fā)與調試。主機開發(fā)環(huán)境為開發(fā)人員提供基于Eclipse框架下統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境,開發(fā)人員在多處理器拓撲圖及其源代碼框架上進行開發(fā),而無需過多關心多型號、多處理器硬件平臺及其配置。

          4 以代碼建模為中心的開發(fā)模式

          根據(jù)硬件平臺的配置文件,實時開發(fā)環(huán)境可以構建出多處理器拓撲圖,開發(fā)人員可以在多處理器拓撲圖上進行開發(fā),可以完成開發(fā)階段的如下工作:

          1.定義數(shù)據(jù)流處理的鏈路,既數(shù)據(jù)流在多處理器之間的流動方向及其流入、流出尺寸規(guī)格,同時定義用于數(shù)據(jù)流的內存分配,對于流入或者流出的數(shù)據(jù)可以定義單緩存或者雙緩存方案。對于周期處理算法,還可以定義每個處理器節(jié)點的處理周期。

          2.定義處理器節(jié)點的任務,既處理器可以調度的執(zhí)行單元,可以定義任務的名稱及其參數(shù)、任務堆棧的大小、任務執(zhí)行的優(yōu)先級等。

          3.定義處理器節(jié)點的資源,如信號量、郵箱等。

          4.定義任務或者處理算法的內存分配,既處理器節(jié)點變量的定義。在內存定義分配時,實時開發(fā)環(huán)境可以根據(jù)硬件配置文件實時判斷內存分配的可行與否,給出提示信息。

          5.定義目標程序(處理器節(jié)點的任務)調試的方案,在目標代碼中生成調試程序。

          在多處理器拓撲圖上完成開發(fā)階段的工作后,即可自動生成代碼框架,然后開發(fā)人員在生成的代碼框架上繼續(xù)開發(fā)。在代碼框架自動生成的環(huán)境中,事先定義好代碼框架生成的模板,同時開放代碼框架模板并給出說明,這樣開發(fā)人員可以自行定義不同類型多處理器硬件平臺、及其操作系統(tǒng)的代碼框架模板。代碼框架模板的內容主要包括:支持的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流通信的代碼、郵箱代碼、信號量代碼、中斷代碼、調試程序代碼等。

          以代碼建模為中心的開發(fā)模式分順序開發(fā)流程和增量開發(fā)流程,如下圖2和圖3所示:

          圖2 順序開發(fā)流程

          圖3 增量開發(fā)流程

          在多處理器程序調試階段,除了傳統(tǒng)的調試視圖,還可以增加多處理器拓撲圖的調試視圖??梢酝ㄟ^多處理器拓撲圖的調試視圖觀察多處理器程序執(zhí)行的情況,包括數(shù)據(jù)流通信情況、處理器節(jié)點任務的執(zhí)行時間、內存使用情況等。

          在目標機硬件診斷階段,也可以通過多處理器拓撲圖動態(tài)顯示硬件的診斷結果,既直觀又容易定位。

          可以看出,在多處理器程序開發(fā)的主要步驟都可以圍繞多處理器拓撲圖進行,同時多處理器拓撲圖也是很好的目標程序說明文檔。這種開發(fā)模式稱為以代碼建模為中心的開發(fā)模式[5]。

          5 結論

          本文作者創(chuàng)新點:本文設計的多處理器實時開發(fā)環(huán)境是一款開放式、基于標準的多處理器實時開發(fā)環(huán)境。在通用環(huán)境下,使得多處理器軟件開發(fā)的各個階段更趨標準化,它不僅能夠顯著提高開發(fā)人員、項目團隊的工作效率,而且能夠帶來性能、集成以及實用型的獨特組合,適合于多型號、多處理器目標系統(tǒng)的開發(fā),包括了軟、硬件系統(tǒng)仿真功能,工程管理和系統(tǒng)構建,版本管理,編輯器,命令解釋器,調試工具,系統(tǒng)分析工具,系統(tǒng)觀察工具等功能模塊。這種統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境使在基于多處理器目標機的系統(tǒng)級開發(fā)變得簡單易行。

          致謝: 該文得到了湖北省科技攻關計劃項目基金(編號:2004AA210B01)的支持,在此特予致謝。本文的研究是做為該項目的一個子課題來進行的,其中第一作者參與了該項目的具體開發(fā)。

          參考文獻

          [1]許家玉,經亞枝.基于DSP+FPGA的遺傳算法硬件實現(xiàn)[J].微計算機信息,2005,(01) .

          [2]劉洪星,謝玉山.Eclipse開發(fā)平臺及其應用[J].武漢理工大學學報(信息與管理工程版),2005,(02)

          [3]黃凱.基于Eclipse體系的構件開發(fā)管理平臺的設計實現(xiàn)[J].科學技術與工程,2005,(14)

          [4]魏曉云,陳杰,曾云. DSP技術的最新發(fā)展及其應用現(xiàn)狀[J].半導體技術,2003,(09)

          [5] 張進軍,張維勇,薛來文.一種基于插件的軟件體系結構[J].合肥工業(yè)大學學報(自然科學版),2005,(04)



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