OMAP5912雙核通信及其數(shù)字音頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　1OMAP5912平臺(tái)簡(jiǎn)介

　　開(kāi)放式多媒體應(yīng)用平臺(tái)(()pen MuItimedia Appli一cations PIatform，OMAP)是針對(duì)第三代手機(jī)開(kāi)發(fā)的高性能多媒體處理器。除具有性能/功耗比的優(yōu)勢(shì)外，還提供豐富的外圍接口，支持幾乎所有流行的有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)。因其出色表現(xiàn)，該平臺(tái)一直得到世界主要移動(dòng)設(shè)備制造商(如諾基亞、愛(ài)立信、索尼等)的青睞。

　　0MAP5912采用獨(dú)特的雙核結(jié)構(gòu)，內(nèi)含1個(gè)實(shí)現(xiàn)控制功能的帶有TI增強(qiáng)型ARM926EJ-S內(nèi)核的處理器和1個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能的高性能、低功耗TMS320C55x DSP內(nèi)核。ARM處理器可用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種通信協(xié)議、控制和人機(jī)接口;DSP具有多條數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)，非常適合數(shù)據(jù)密集的多媒體處理(如視頻編解碼)，并具有極低的功耗[l]。為結(jié)合這兩個(gè)處理器的優(yōu)勢(shì)，使其發(fā)揮最大效率，雙核通信機(jī)制起了至關(guān)重要的作用。

　　2 OMAP5912的雙核間通信方式

　　在0MAP5912中實(shí)現(xiàn)ARM和DSP雙核通信方式有共享郵箱寄存器、共享存儲(chǔ)空間2種，在實(shí)際應(yīng)用中需要配合使用這些雙核通信方式。如雙核通信中的握手聯(lián)絡(luò)，其數(shù)據(jù)量小，可用傳遞消息及時(shí)可靠的共享郵箱用來(lái)實(shí)現(xiàn);當(dāng)需要傳輸大量數(shù)據(jù)(如圖像數(shù)據(jù))時(shí)，通常要使用高效率的共享存儲(chǔ)空間這種通信方式。

　　2.1共享郵箱寄存器方式

　　雙核間可相互中斷并通過(guò)郵箱寄存器傳遞少量數(shù)據(jù)。共有4套郵箱寄存器，每套郵箱寄存器由2個(gè)16 bit寄存器和1個(gè)1 bit寄存器組成。當(dāng)一個(gè)處理器將合適的命令字寫(xiě)到命令字寄存器后，該寄存器會(huì)產(chǎn)生中斷，對(duì)另一個(gè)處理器的標(biāo)志寄存器進(jìn)行正確設(shè)置。被中斷的處理器通過(guò)讀標(biāo)志寄存器響應(yīng)中斷并清空標(biāo)志寄存器。每套郵箱寄存器中，還有1個(gè)附加的數(shù)據(jù)字寄存器，可在每次中斷時(shí)在處理器間傳送2個(gè)字的數(shù)據(jù)。通過(guò)命令和數(shù)據(jù)字通信的信息完全由用戶(hù)定義。數(shù)據(jù)字可用來(lái)表示地址指針或狀態(tài)字。

　　2.2共享存儲(chǔ)器方式

　　共享存儲(chǔ)器有2種方式。第一種方式由ARM通過(guò)主機(jī)接口(MPU Interface，MPUI)獲取對(duì)DSP存儲(chǔ)空間和I/O空間的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)，由ARM完成數(shù)據(jù)在雙核間的搬移。MPUI為MPU和系統(tǒng)DMA控制器與DSP及其外設(shè)的通信提供了橋梁，通過(guò)MPuI可訪(fǎng)問(wèn)DSP的整個(gè)存儲(chǔ)空間及其公共外設(shè)總線(xiàn)。

　　另一種方式是ARM通過(guò)對(duì)DSP存儲(chǔ)管理單元(Memoy Management Unit，MMU)的設(shè)置將DSP的外部存儲(chǔ)空間映射到OMAP5912系統(tǒng)存儲(chǔ)資源中，由DSP完成雙核間的數(shù)據(jù)傳輸。OMAP5912通過(guò)通信控制器(Traffic Controller，TC)實(shí)現(xiàn)共享存儲(chǔ)器，這樣ARM和DSP可訪(fǎng)問(wèn)共享的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(StaticRAM，SRAM)、高速外部存儲(chǔ)器接口(I,Zxteraaal：Mem0ryInterface Fast，EMIFF)以及低速外部存儲(chǔ)器接口(Ex-terhal Memory Interface Slow，EMIFS)的存儲(chǔ)空間[2]。

　　3 雙核間通信的基礎(chǔ)應(yīng)用程序

　　為降低上層應(yīng)用開(kāi)發(fā)者的實(shí)現(xiàn)難度和節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，采用雙核間通信的基礎(chǔ)應(yīng)用程序--DSP/BIOSLINK[3]，其為上述兩種雙核通信方式的實(shí)現(xiàn)。開(kāi)發(fā)人員在進(jìn)行上層應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)時(shí)，只需使用DSP/BIOSLINK提供的接口函數(shù)。DSP/BIOS LINK允許開(kāi)發(fā)人員在A(yíng)RM端利用一套標(biāo)準(zhǔn)API進(jìn)入和控制DSP的運(yùn)行環(huán)境;用于非對(duì)稱(chēng)的、由一個(gè)通用處理器(如ARM)和一個(gè)或多個(gè)DSP組成的處理器環(huán)境。圖1為DSP/BIOSLINK的軟件體系結(jié)構(gòu)圖。

　　DSP/BIOS LINK為開(kāi)發(fā)人員提供的服務(wù)有：基本的處理器控制(啟動(dòng)、執(zhí)行、停止)、基于邏輯通道(CHANNEL)的數(shù)據(jù)傳輸、消息(基于MSGQ模塊)。由PROC，CHNL，MSGQ3個(gè)組件組成。PROC是PROCESSCONTROL的縮寫(xiě)，負(fù)責(zé)DSP處理器在應(yīng)用程序用戶(hù)空間的操作，主要功能有：DSP初始化、DSP端程序的加載、執(zhí)行和停止。CHNL是CHANNEL的縮寫(xiě)，表示ARM和DSP間數(shù)據(jù)流的邏輯通道，負(fù)責(zé)ARM和DSP間的數(shù)據(jù)傳輸。CHNL是ARM和DSP之間的邏輯實(shí)體，實(shí)現(xiàn)二者的物理連接。MSGQ是MESSAGEQUEUE的縮寫(xiě)，負(fù)責(zé)ARM和DSP間長(zhǎng)短不一的消息的交互和通信。消息的接收和發(fā)送是通過(guò)消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的[4]。

　　4 基于OMAP5912的數(shù)字音頻系統(tǒng)買(mǎi)現(xiàn)

　　筆者以基于OMAP5912_的數(shù)字音頻系統(tǒng)為例介紹OMAP雙核間通信的具體應(yīng)用。系統(tǒng)在RF6(ReferenceFramework Level 6)框架基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)將輸入的立體聲音頻信號(hào)按照給定的采樣率和量化精度轉(zhuǎn)化為左、右兩聲道數(shù)據(jù)幀，再對(duì)其進(jìn)行有限脈沖濾波器FIR算法和聲音控制VOL算法處理，然后合成立體聲輸出。整個(gè)系統(tǒng)劃分為ARM端應(yīng)用程序和DSP端算法2部分。

　　4.1 RF6框架簡(jiǎn)介

　　RF6是專(zhuān)門(mén)針對(duì)雙核芯片OMAP中DSP端軟件設(shè)計(jì)提出的一種參考框架[5]，不但包含了外圍器件驅(qū)動(dòng)模塊、線(xiàn)程模塊以及算法封裝模塊，還包含了用于同ARM端進(jìn)行通信的模塊。RF6中數(shù)據(jù)處理的4種基本元素為：?jiǎn)卧⑼ǖ?、任?wù)和TMS320DSP數(shù)字信號(hào)處理器標(biāo)準(zhǔn)算法(eXpressDSP Algol-ithm InteropeliabilityStandard，XDAIS)。其中，單元是算法的集合，為外界和算法提供標(biāo)準(zhǔn)接口;通道是單元的集合;任務(wù)是按時(shí)間順序執(zhí)行的一系列通道，其目的是和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序及其他任務(wù)通信。圖2為基于RF6框架的數(shù)字音頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

　　4.2 ARM端應(yīng)用程序和DSP端算法

　　ARM端應(yīng)用程序主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、系統(tǒng)控制(如傳送參數(shù))等功能，由2個(gè)線(xiàn)程組成：主線(xiàn)程和數(shù)據(jù)處理線(xiàn)程。主線(xiàn)程提供用戶(hù)界面和調(diào)用DSIVBIOSLINK中：PROC模塊的API函數(shù)，引導(dǎo)和加載DsP端可執(zhí)行文件。數(shù)據(jù)處理線(xiàn)程將從DsP端任務(wù)O傳輸過(guò)來(lái)的音頻數(shù)據(jù)幀回送給任務(wù)1，其通過(guò)調(diào)用CHNL模塊中的API函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)ARM和DSP間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　DSP端有2個(gè)任務(wù)：任務(wù)0和任務(wù)1。任務(wù)0將交又存取的音頻數(shù)據(jù)幀分開(kāi)成左、右2個(gè)聲道。任務(wù)0分別對(duì)2個(gè)聲道進(jìn)行FIR濾波器處理，濾波器參數(shù)(如低通、高通)通過(guò)ARM端程序調(diào)用MSGQ模塊中的API函數(shù)來(lái)設(shè)定。然后任務(wù)0將左右聲道數(shù)據(jù)幀重新合成一個(gè)音頻信號(hào)數(shù)據(jù)幀，通過(guò)DSP/BIOS LlNK發(fā)送給ARM端。任務(wù)1與任務(wù)0非常相似，其通過(guò)DSP/BIOSLlNK從ARM端接收數(shù)據(jù)，然后對(duì)其采用音量控制算法實(shí)現(xiàn)聲音大小控制。

　　DSP端程序通過(guò)CodeComposer Studio編譯后，生成out格式的可執(zhí)行文件。ARM端程序交叉編譯后生成應(yīng)用程序。運(yùn)行應(yīng)用程序，可執(zhí)行文件以參數(shù)形式傳遞給ARM端應(yīng)用程序。采樣率44.1 kHz，量化精度16 bit。經(jīng)測(cè)試，用戶(hù)可通過(guò)在超級(jí)終端輸入命令實(shí)現(xiàn)對(duì)FIR和音量的調(diào)節(jié)，其運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　0MAP平臺(tái)因其特有的雙核結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)多媒體影音數(shù)據(jù)處理、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。筆者以O(shè)MAP5912平臺(tái)的數(shù)字音頻系統(tǒng)為例介紹雙核通信的具體應(yīng)用，希望能對(duì)使用OMAP的人員具有借鑒意義。