開發(fā)DSP硬件驅(qū)動程序的一種方法

l 引 言

目前，TI公司的DSP應用很廣泛，隨著DSP的功能越來越強大，片上外設種類及應用日趨復雜。傳統(tǒng)的DSP程序開發(fā)包含兩方面程序：即配置、控制、中斷等管理DSP片內(nèi)外設、接口的硬件相關程序和基于應用的算法程序。這樣的系統(tǒng)結構，應用程序與硬件相關程序緊密的結合一起，限制了程序的可移植性和通用性，軟件開發(fā)總要從零開始，存在諸多重復工作。一旦硬件平臺有變化，往往與硬件程序捆綁一起的應用程序也需改動，代碼的維護性和可移植性均不高。

通過建立硬件驅(qū)動程序的開發(fā)模式，可使上述現(xiàn)象得到改善。因此，本文介紹一種開發(fā)TI公司DSP片內(nèi)及片外硬件外設驅(qū)動程序的方法，并以C5000 DSP的McBSP/DMA及TMS320C5509的USB驅(qū)動程序開發(fā)為具體對象，介紹這種方法的應用。

2 基于DSP/BIOS的IOM硬件驅(qū)動

在CCS應用環(huán)境中集成的實時操作系統(tǒng)DSP/BI-OS[1]中，硬件驅(qū)動程序最終以函數(shù)庫的形式被封裝起來，應用程序可不關心底層硬件外設的具體操作，通過調(diào)用DSP/BIOS相關的標準API與不同外設接口。接口按統(tǒng)一標準定義，即在DSP/BIOS中創(chuàng)建并配置硬件設備驅(qū)動模塊為IOM(I/O Mini-driver)模式。

IOM[2]是DSP/BIOS的設備驅(qū)動模塊的一種接口方式，配置硬件設備驅(qū)動模塊為IOM模式可在DSP/BIOS的圖形化界面(GUI)中方便完成。IOM模式將設備驅(qū)動程序分為兩個層次：上一層是"類"驅(qū)動程序(class driv-er)，這部分程序負責對存儲緩沖區(qū)管理、由DSP/BIOS各類標準的API函數(shù)與應用程序接口，與設備硬件無關。下一層是"迷你"驅(qū)動程序(mini-driver)，這部分程序集成了實際硬件相關的代碼。IOM接口將"迷你"驅(qū)動程序與"類"驅(qū)動程序聯(lián)系一起，包括定義I/O數(shù)據(jù)包(IOM＿Packet)以提交"迷你"驅(qū)動程序讀寫，定義功能函數(shù)包(IOM Fxns)完成相關初始化，打開或關閉通道，提交I/O數(shù)據(jù)傳輸與控制等任務，確保"迷你"驅(qū)動程序與"類"驅(qū)動程序運行協(xié)調(diào)一致。

"類"驅(qū)動程序直接在應用程序中出現(xiàn)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)輸入/輸出的處理方式不同，有相應"類"驅(qū)動程序。主要是3種：流輸入輸出型"類"驅(qū)動(SIO)、管道型"類"驅(qū)動(PIP)和通用輸入輸出型"類"驅(qū)動(GIO)。

其中，SIO"類"驅(qū)動由兩部分組成：SIO模塊和DIO適配模塊(Adapter)，前者負責創(chuàng)建通道、數(shù)據(jù)流輸入/輸出，DIO提供負責緩沖管理、信號同步、將API及參數(shù)與下層"迷你"驅(qū)動程序接口；PIP"類"驅(qū)動由兩部分組成：PIP模塊和PIO適配模塊(Adapter)，前者創(chuàng)建管道、數(shù)據(jù)管道輸入/輸出，PIO提供負責緩沖管理、信號同步、將API及參數(shù)與下層"迷你"驅(qū)動程序接口。GIO"類"驅(qū)動是一種通用輸入輸出接口，調(diào)用的API函數(shù)，可通過阻塞線程讀寫數(shù)據(jù)，直接與"迷你"驅(qū)動通信。

SIO，PIP，GIO模塊集成在DSP/BIOS中，SIO通道、PIP管道可在DSP/BIOS的輸入輸出模塊圖形化界面(GUI)中靜態(tài)設置并創(chuàng)建，也可以在應用程序中動態(tài)創(chuàng)建。DIO，PIO適配模塊(Adapter)創(chuàng)建在DSP/BIOS的設備驅(qū)動模塊圖形化界面(GUI)中完成。

由上可見，"類"驅(qū)動程序均為標準的API函數(shù)，故編寫驅(qū)動程序的重點是"迷你"驅(qū)動程序方面。"迷你"驅(qū)動通過創(chuàng)建統(tǒng)一接口標準的功能函數(shù)包(IOM Fxns)，應用程序就可以由DIO適配模塊或PIO適配模塊或GIO"類"驅(qū)動調(diào)用"迷你"驅(qū)動，控制底層硬件設備。這些統(tǒng)一接口標準的功能函數(shù)包括：

mdBindDev：設備與"迷你"驅(qū)動綁定函數(shù)；

mdControlChan：設備通道控制函數(shù)；

mdCreateChan：設備通道創(chuàng)建函數(shù)；

mdDeleteChan：設備通道刪除函數(shù)；

mdSubmitChan：按IOM數(shù)據(jù)包命令執(zhí)行函數(shù)；

mdUnBindDev：設備從"迷你"驅(qū)動釋放函數(shù)。

IOM數(shù)據(jù)包是其中一關鍵數(shù)據(jù)結構，為IOM驅(qū)動程序內(nèi)部數(shù)據(jù)的輸入輸出服務。應用程序本身不會涉及IOM數(shù)據(jù)包訪問，是IO適配模塊、PIO適配模塊或GIO"類"驅(qū)動通過他訪問"迷你"驅(qū)動層，其中，數(shù)據(jù)結構的cmd項，即"類"驅(qū)動命令"迷你"驅(qū)動的mdSubmitChan功能函數(shù)執(zhí)行硬件設備的讀寫等操作。"迷你"驅(qū)動完成相應操作，通過回調(diào)函數(shù)后向上返回該數(shù)據(jù)包。

3 McBSP/DMA驅(qū)動程序開發(fā)

這是基于C5000系列DSP的McBSP和DMA硬件驅(qū)動開發(fā)。系統(tǒng)以TMS320VC5410為CPU，TLC320AD50C為音頻編解碼芯片，TLC320AD50C與DSP的McBSP0通道接口，數(shù)據(jù)傳輸采用DMA方式。

在傳統(tǒng)的軟件開發(fā)結構中，應用程序一般通過DMA中斷服務程序控制硬件設備及數(shù)據(jù)管理。傳統(tǒng)的軟件開發(fā)結構如圖1所示。

在本文推薦的軟件開發(fā)結構中，硬件設備驅(qū)動程序與應用程序隔離開，他們之間通過DSP/BIOS的API接口，包括硬件設備初始化參數(shù)的傳遞。本系統(tǒng)軟件開發(fā)結構如圖2所示。

具體開發(fā)過程如下：

(1)IOM驅(qū)動程序

mdBindDev在DSP/BIOS啟動時調(diào)用，具體完成硬件設備初始化參數(shù)傳遞、獲取McBSP及DMA資源，McBSP及DMA的初始化參數(shù)用CSL配置，注意McBSP使用的是通道O。mdCreateChan在應用層與硬件設備創(chuàng)建兩個邏輯通道，即DMA接收、發(fā)送通道。分別設置初始化參數(shù)。mdSubmitChan按IOM數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)結構的cmd項，命令"迷你"驅(qū)動執(zhí)行向硬件設備的IOM寫操作，即通過McBSP0輸出數(shù)據(jù)。相應工程編譯鏈接生成驅(qū)動庫函數(shù)，完成IOM驅(qū)動程序。

(2)DMA/McBSP應用程序

在應用工程中，首先在DSP/BIOS配置工具中User-Defined Devices項進行"迷你"驅(qū)動程序注冊，命名為"co-dec"。屬性如圖3(a)所示。注冊信息中設置了驅(qū)動程序的初始化函數(shù)、IOM函數(shù)包指針、設備參數(shù)指針的名稱。本應用采用IOM驅(qū)動程序的流輸入輸出"類"驅(qū)動(SIO/DIO)，DIO適配模塊與上述"迷你"驅(qū)動程序"codec''接口，DIO適配模塊在DSP/BIOS配置工具中添加，命名為"dio codec"，屬性如圖3 (b)所示。

本應用選擇DMA通道4，5，設置TLC320AD50C的4個控制寄存器初始化參數(shù)，即"迷你"驅(qū)動程序注冊信息的設備參數(shù)指針所指內(nèi)容。

然后，應用程序通過調(diào)用DSP/BIOS的API，動態(tài)創(chuàng)建DMA/McBSP輸入、輸出通道，如：

SIO輸人、輸出通道均采用雙緩沖管理。獲取雙緩沖資源，管理緩沖數(shù)據(jù)的工作，同樣由SIO相關API完成，API的使用方法可參見參考文獻中所列手冊。

4 USB驅(qū)動程序開發(fā)

這是基于C5000系列DSP(TMS320C5509A)的USB硬件驅(qū)動開發(fā)。TMS320C5509A內(nèi)部集成符合USB 2.0標準的全速模式USB接口。SIE[3](Serial Interface En-gine)負責將數(shù)據(jù)按照USB物理電平信號串行轉(zhuǎn)并行輸入或并行轉(zhuǎn)串行輸出，并且具有錯誤校驗機制。UBM(USB
Buffer Manager)負責數(shù)據(jù)緩沖管理，管理數(shù)據(jù)在SIE和緩沖RAM的輸入輸出，CPU或USB的DMA控制器在緩沖RAM收發(fā)數(shù)據(jù)。

本硬件驅(qū)動的軟件開發(fā)結構與上述McBSP/DMA硬件驅(qū)動開發(fā)類似，上層為"類"驅(qū)動，即DSP/BIOS GIO，SIO，或PIP模塊，提供針對USB的"迷你"驅(qū)動的各種輸入輸出請求。"迷你"驅(qū)動是基于DSP/BIOS關于USB模塊的CSL(Chip Support Library)，調(diào)用CSL的API完成底層硬件各種復雜操作。

(1)IOM驅(qū)動程序

C5509 USB mdBindDev在DSP/BIOS啟動時調(diào)用，完成USB初始化參數(shù)傳遞，中斷向量設置，初始化USB模塊；C5509 USB mdControlChan接受如SIOcontrol等"類驅(qū)動"命令，可復位USB數(shù)據(jù)通道，連接主機USB接口等工作；C5509 USB mdCreateChan創(chuàng)建某個USB端點的數(shù)據(jù)通道及配置數(shù)據(jù)傳輸方向；C5509 USB mdSubmitChan負責USB數(shù)據(jù)流輸入輸出管理。

(2)USB應用程序

在DSP/BIOS配置工具中User-Defined Devices項進行"迷你"驅(qū)動程序注冊，命名為"usb"。屬性如圖4(a)所示。本應用也采用流輸入輸出(SIO/DIO)，DIO適配模塊與上述"迷你"驅(qū)動程序"usb"接口，DIO適配模塊在DSP/BIOS配置工具中添加，命名為"dio＿usb"，屬性如圖4(b)所示。

應用程序動態(tài)創(chuàng)建USB的某端點為輸入、輸出通道，如：

由上可知，應用層"類"驅(qū)動程序開發(fā)的通用性是很強的。

5 結 語

本文推薦的這種DSP硬件驅(qū)動開發(fā)方法，通過構建應用程序與硬件外設輸入輸出的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，將接口代碼層次化。當硬件設備改動后，應用程序可不做修改，應用程序的通用性、可移植性大大加強，硬件驅(qū)動程序也具有反復利用的特點。