基于DSP的HPI接口的視頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　
2．2 存儲器映射I／O
　　
一般情況下，當(dāng)應(yīng)用程序用read／write讀寫設(shè)備數(shù)據(jù)時(shí)，該設(shè)備的驅(qū)動先將設(shè)備數(shù)據(jù)從設(shè)備上采樣到內(nèi)核緩沖區(qū)，再從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到應(yīng)用程序緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)經(jīng)過了兩次拷貝。當(dāng)數(shù)據(jù)量比較小時(shí)，如一些控制命令或狀態(tài)信息，對系統(tǒng)性能幾乎沒有影響。但是，如果一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，比如視頻顯卡上的實(shí)時(shí)視頻圖像，兩次拷貝將大大影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效率。這時(shí)，可采用存儲器映射I／O技術(shù)，在內(nèi)核層存儲器映射I／O由函數(shù) remap_page_range完成。
　　
由remap_page_range函數(shù)的原型可以知道，該函數(shù)的意義在于通過將特定物理地址映射到進(jìn)程虛擬地址，進(jìn)程可以訪問特定的物理地址，而這在普通情況下是不可能的。在本例中，當(dāng)進(jìn)程調(diào)用mmap函數(shù)進(jìn)行存儲映射時(shí)，內(nèi)核會調(diào)用驅(qū)動注冊的hpi_mmap函數(shù)，傳入的參數(shù)之一包括進(jìn)程虛擬地址。在 hpi_mmap函數(shù)里，調(diào)用remap_page_range完成從緩沖區(qū)物理地址到進(jìn)程虛擬地址的映射。hpi_mmap函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

　　
其中vm_flags字段設(shè)置了VM_RESERVED，表示該數(shù)據(jù)緩沖區(qū)一直常駐內(nèi)存，在內(nèi)存不足時(shí)，不會被交換出去。內(nèi)核和進(jìn)程同時(shí)對數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀寫，為了保證數(shù)據(jù)的一致性，對該區(qū)域的訪問不應(yīng)該經(jīng)過CPU內(nèi)部的緩沖區(qū)，所以用pgprot_noncached設(shè)置非緩沖標(biāo)志。
　　
mmap系統(tǒng)調(diào)用返回一個(gè)進(jìn)程虛擬地址，該地址就是vma->vm_start字段，進(jìn)程對該虛擬地址的訪問，最終變?yōu)閷ξ锢淼刂稢ACHE_PHY的訪問。
　　
2．3 數(shù)據(jù)緩沖管理
　　
緩沖管理的主要任務(wù)是，當(dāng)ARM接收到新的一幀時(shí)，為其分配相應(yīng)的緩存，并將在物理地址重映射到進(jìn)程虛擬地址。當(dāng)應(yīng)用程序處理該幀時(shí)，緩沖管理負(fù)責(zé)內(nèi)存區(qū)域的回收。
　　
當(dāng)Linux內(nèi)核啟動時(shí)，可以傳人參數(shù)mem=PHY_LEN，指定存儲空間的大小。在本例中，內(nèi)核啟動時(shí)為HPI驅(qū)動預(yù)留8 MB的高端物理內(nèi)存。在本例中，借助Linux中對普通外設(shè)I／O內(nèi)存(PCI卡內(nèi)存等)管理的思想，用高度為2的樹表示一塊連續(xù)的區(qū)域。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，資源分配簡單，把離散的小內(nèi)存合并為一塊連續(xù)的大緩沖區(qū)的算法復(fù)雜度為O(1)。具體實(shí)現(xiàn)請參閱內(nèi)核源碼中resource結(jié)構(gòu)相關(guān)部分。
　　
重映射新一幀視頻數(shù)據(jù)到進(jìn)程虛擬地址是緩沖管理的另一任務(wù)。因?yàn)榍耙粠瑪?shù)據(jù)物理地址已經(jīng)映射到進(jìn)程虛擬地址，需要先將前幀物理地址與進(jìn)程虛擬地址的映射關(guān)系去掉，然后重映射當(dāng)前幀數(shù)據(jù)到進(jìn)程虛擬地址。去掉物理地址與進(jìn)程虛擬地址的映射關(guān)系由內(nèi)核函數(shù)zap_page_range完成，調(diào)用該函數(shù)后，如果進(jìn)程再訪問該虛擬地址，內(nèi)核會產(chǎn)生缺頁中斷。這時(shí)再用remap_page_range建立當(dāng)前幀數(shù)據(jù)物理地址與進(jìn)程虛擬地址間的映射關(guān)系，進(jìn)程就可以通過同一虛擬地址訪問當(dāng)前幀的數(shù)據(jù)了。該方法的意義在于，進(jìn)程不用頻繁調(diào)用mmap建立物理地址與虛擬地址的映射，只用調(diào)用一次，當(dāng)有新數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，驅(qū)動自動將新幀數(shù)據(jù)映射到先前的進(jìn)程虛擬地址，提高了進(jìn)程處理視頻數(shù)據(jù)的效率。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

　　
結(jié) 語
　　
在當(dāng)前視頻處理平臺上，視頻處理、視頻傳輸、復(fù)雜任務(wù)管理等工作一般都是由一塊DSP處理器單獨(dú)完成，結(jié)合其他嵌入式微處理器協(xié)同工作的技術(shù)方案剛剛起步。經(jīng)測試，在基于本文提出的高速通信方法設(shè)計(jì)的視頻處理平臺上，TMS320DM642與AT9lRM9200間的通信速率可以達(dá)到50 Mbps，帶寬足夠用來傳輸MPEG等壓縮視頻數(shù)據(jù)。如果用HPl32模式，速度還會大幅度提高。同時(shí)，因?yàn)長inux系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性不是很強(qiáng)，如果采用其他實(shí)時(shí)性強(qiáng)的操作系統(tǒng)，如Vxworks等，系統(tǒng)性能還會有大的提高。