基于DSP的HPI接口的視頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設計

　　
2．2 存儲器映射I／O
　　
一般情況下，當應用程序用read／write讀寫設備數(shù)據(jù)時，該設備的驅動先將設備數(shù)據(jù)從設備上采樣到內核緩沖區(qū)，再從內核緩沖區(qū)拷貝到應用程序緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)經(jīng)過了兩次拷貝。當數(shù)據(jù)量比較小時，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時視頻圖像，兩次拷貝將大大影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效率。這時，可采用存儲器映射I／O技術，在內核層存儲器映射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程虛擬地址，進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，當進程調用mmap函數(shù)進行存儲映射時，內核會調用驅動注冊的hpi_mmap函數(shù)，傳入的參數(shù)之一包括進程虛擬地址。在 hpi_mmap函數(shù)里，調用remap_page_range完成從緩沖區(qū)物理地址到進程虛擬地址的映射。hpi_mmap函數(shù)實現(xiàn)如下：

　　
其中vm_flags字段設置了VM_RESERVED，表示該數(shù)據(jù)緩沖區(qū)一直常駐內存，在內存不足時，不會被交換出去。內核和進程同時對數(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)域的訪問不應該經(jīng)過CPU內部的緩沖區(qū)，所以用pgprot_noncached設置非緩沖標志。
　　
mmap系統(tǒng)調用返回一個進程虛擬地址，該地址就是vma->vm_start字段，進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是，當ARM接收到新的一幀時，為其分配相應的緩存，并將在物理地址重映射到進程虛擬地址。當應用程序處理該幀時，緩沖管理負責內存區(qū)域的回收。
　　
當Linux內核啟動時，可以傳人參數(shù)mem=PHY_LEN，指定存儲空間的大小。在本例中，內核啟動時為HPI驅動預留8 MB的高端物理內存。在本例中，借助Linux中對普通外設I／O內存(PCI卡內存等)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)結構的優(yōu)點在于，資源分配簡單，把離散的小內存合并為一塊連續(xù)的大緩沖區(qū)的算法復雜度為O(1)。具體實現(xiàn)請參閱內核源碼中resource結構相關部分。
　　
重映射新一幀視頻數(shù)據(jù)到進程虛擬地址是緩沖管理的另一任務。因為前一幀數(shù)據(jù)物理地址已經(jīng)映射到進程虛擬地址，需要先將前幀物理地址與進程虛擬地址的映射關系去掉，然后重映射當前幀數(shù)據(jù)到進程虛擬地址。去掉物理地址與進程虛擬地址的映射關系由內核函數(shù)zap_page_range完成，調用該函數(shù)后，如果進程再訪問該虛擬地址，內核會產生缺頁中斷。這時再用remap_page_range建立當前幀數(shù)據(jù)物理地址與進程虛擬地址間的映射關系，進程就可以通過同一虛擬地址訪問當前幀的數(shù)據(jù)了。該方法的意義在于，進程不用頻繁調用mmap建立物理地址與虛擬地址的映射，只用調用一次，當有新數(shù)據(jù)到達時，驅動自動將新幀數(shù)據(jù)映射到先前的進程虛擬地址，提高了進程處理視頻數(shù)據(jù)的效率。實現(xiàn)代碼如下：

　　
結 語
　　
在當前視頻處理平臺上，視頻處理、視頻傳輸、復雜任務管理等工作一般都是由一塊DSP處理器單獨完成，結合其他嵌入式微處理器協(xié)同工作的技術方案剛剛起步。經(jīng)測試，在基于本文提出的高速通信方法設計的視頻處理平臺上，TMS320DM642與AT9lRM9200間的通信速率可以達到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，因為Linux系統(tǒng)的實時性不是很強，如果采用其他實時性強的操作系統(tǒng)，如Vxworks等，系統(tǒng)性能還會有大的提高。