采用 Linux 與 DSP/BIOS RTOS 實(shí)施雙 OS 信號(hào)處理

80 KB 雖然小，不能存儲(chǔ)完整的視頻幀，但 TI 通過模擬檢測(cè)認(rèn)為，這樣的存儲(chǔ)量足夠?yàn)?H.264與其它視頻處理算法提供最佳的面積/性能綜合比。

DSP 通過直接存儲(chǔ)器存取 (DMA) 控制器為該存儲(chǔ)器提供數(shù)據(jù)，這種控制器還可用于內(nèi)外部存儲(chǔ)器之間高效傳輸數(shù)據(jù)子塊，而不會(huì)占用處理器內(nèi)核的周期操作(見以下圖 1)。

圖 1. DSP 處理器采用DMA 硬件將外部存儲(chǔ)器中較小的視頻幀子塊傳輸?shù)絻?nèi)部存儲(chǔ)器中，以供 DSP內(nèi)核進(jìn)行處理。

圖1. DSP 處理器采用 DMA 硬件將外部存儲(chǔ)器中較小的視頻幀子塊傳輸?shù)絻?nèi)部存儲(chǔ)器中，以供 DSP內(nèi)核進(jìn)行處理。

從整體系統(tǒng)的角度來說，這種方法可提供幾乎相當(dāng)于具有整個(gè)視頻緩沖器的芯片所提供的性能，但成本卻非常低。不過，為了實(shí)現(xiàn)這樣的高性能，就需要應(yīng)用、操作系統(tǒng)以及底層存儲(chǔ)器與 DMA 硬件之間的緊密配合。

首先，應(yīng)用必須能夠區(qū)別快速內(nèi)部存儲(chǔ)器與大容量外部存儲(chǔ)器。其次，應(yīng)用必須能夠執(zhí)行許多時(shí)間精確的小型 DMA 操作。由于訪問 DMA 時(shí)發(fā)生的所有時(shí)延在 DMA 訪問每個(gè)視頻幀時(shí)都會(huì)放大數(shù)百倍乃至數(shù)千倍，因而在 Linux 驅(qū)動(dòng)程序模型內(nèi)高效實(shí)現(xiàn) DMA 操作雖非不可能，但也極為困難。

這種方法的實(shí)際實(shí)施可通過 DSP/BIOS 完成，并提供原生 API 來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用對(duì)內(nèi)外部存儲(chǔ)器的請(qǐng)求，同時(shí)也使應(yīng)用可直接訪問 DMA 寄存器，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境交換損失。

兩種操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合

盡管眾多多媒體應(yīng)用的大部分處理器周期操作都用來進(jìn)行信號(hào)處理，但能滿足消費(fèi)需求的產(chǎn)品同時(shí)還必須執(zhí)行許多更高級(jí)的功能，如用戶界面、顯示功能、網(wǎng)絡(luò)以及文件處理等。

由于上述特性對(duì)時(shí)間要求不高，因此無(wú)需精確控制 DSP/BIOS。這時(shí)，Linux驅(qū)動(dòng)程序模型所提供的資源提取功能就可更好地提高靈活性，縮短開發(fā)時(shí)間，更不用說可獲得 Linux 社區(qū)豐富的開源應(yīng)用代碼支持了。

可使 Linux 與 DSP BIOS 操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行在同一設(shè)備上的解決方案，就是需要使用虛擬程序 (virtualizer) 為系統(tǒng)開發(fā)或集成人員提供這兩種操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)(見圖 2)。

圖 2. Linux 和 DSP/BIOS 同時(shí)運(yùn)行在 DM643x DSP 器件上

虛擬程序作為快速、可預(yù)測(cè)的交換機(jī)可在 Linux 與 DSP/BIOS 操作系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn) DSP 資源。當(dāng)接收到中斷時(shí)對(duì) DSP/BIOS 操作系統(tǒng)環(huán)境做出推測(cè)性交換，從而確保 DSP/BIOS 線程的最佳性能。

如果新到達(dá)的中斷對(duì)應(yīng)于 DSP/BIOS 環(huán)境中已識(shí)別的事件，那么將在已經(jīng)加載且準(zhǔn)備運(yùn)行的 DSP/BIOS 環(huán)境中對(duì)其進(jìn)行處理。

在虛擬程序支持 DSP/BIOS 的同時(shí)，應(yīng)用可直接訪問所需的系統(tǒng)資源，且不會(huì)影響(掛起)Linux 環(huán)境中保持的用戶與內(nèi)核空間。

一旦應(yīng)用完成 DSP/BIOS 環(huán)境下的高性能信號(hào)處理計(jì)算，虛擬機(jī)就將強(qiáng)制轉(zhuǎn)回到 Linux環(huán)境，以便訪問該環(huán)境下的更高級(jí)特性。

在虛擬程序的調(diào)節(jié)下，操作系統(tǒng)之間的交換時(shí)間不到 10 微秒，這使編程人員能達(dá)到實(shí)時(shí)性能要求，相對(duì)于只包含 DSP/BIOS 的原生系統(tǒng)而言，性能上也沒什么損失。該解決方案對(duì)典型多媒體設(shè)備的處理資源占用僅約 1.5%。

雙操作系統(tǒng)的更多優(yōu)勢(shì)

或許為了支持 DSP/BIOS 操作系統(tǒng)對(duì)基于 Linux 的產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展的最明顯優(yōu)勢(shì)之一：無(wú)需移植就可使用成百上千種第三方的相關(guān)算法。由于符合 xDAIS 標(biāo)準(zhǔn)，因此可確保第三方算法無(wú)縫集成于 DSP/BIOS 環(huán)境中。

為了支持 DSP/BIOS 操作系統(tǒng)對(duì)基于 Linux 的系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)：在 DSP/BIOS 環(huán)境下執(zhí)行應(yīng)用不受 Linux 內(nèi)核 GNU 通用公共許可證 (GPL) 的限制。

在實(shí)施基于 Linux 的解決方案時(shí)，我們有時(shí)不是很清楚開發(fā)商推出的獨(dú)特軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)在許可證方面到底有哪些具體要求。通過在 DSP/BIOS 而非 Linux 操作環(huán)境下執(zhí)行 IP，可以避免這方面的法律問題。

結(jié)論

使用本文介紹的技術(shù)，Linux 與 DSP BIOS 可同時(shí)運(yùn)行在統(tǒng)一的 DSP 內(nèi)核上，這既能夠提供 Linux 解決方案的全部功能，又可確保 DSP/BIOS 環(huán)境下的高精度與硬件控制。

編程人員可充分利用適用于 Linux 的應(yīng)用代碼與適用于 DSP/BIOS的信號(hào)處理代碼，無(wú)需針對(duì)不同環(huán)境進(jìn)行移植。

對(duì)要在實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用中采用 Linux 特性的設(shè)計(jì)人員而言，通過虛擬程序升級(jí)、同時(shí)獲得 DSP BIOS 工具套件，將大幅提高信號(hào)處理性能，并可顯著節(jié)省系統(tǒng)資源的成本。