視頻監(jiān)控系統(tǒng)中快速實(shí)現(xiàn)ARM和DSP的通信和協(xié)同工作

　　視頻監(jiān)控子系統(tǒng)是現(xiàn)代智能機(jī)器人設(shè)計(jì)中必不可少的一個(gè)部分，它需要采用DSP并根據(jù)某種算法對(duì)攝入的圖像進(jìn)行處理和分析，它也需要采用ARM處理器對(duì)DSP進(jìn)行協(xié)同管理和控制工作，目前開(kāi)發(fā)工程師碰到的一個(gè)最大設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是：如何最高效率地實(shí)現(xiàn)ARM和DSP或協(xié)處理器的通信和協(xié)同工作?本文將詳細(xì)為您介紹解決這一技術(shù)挑戰(zhàn)的解決方案和實(shí)現(xiàn)指南。

　　德州儀器(TI)的第一顆達(dá)芬奇(DaVinci)芯片(處理器)DM6446已經(jīng)問(wèn)世快三年了。繼DM644x之后，TI又陸續(xù)推出了DM643x、DM35x、DM6467、OMAP353x等一系列ARM+DSP或ARM+視頻協(xié)處理器的多媒體處理器平臺(tái)。很多有很強(qiáng)DSP開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)或ARM開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師都轉(zhuǎn)到達(dá)芬奇或通用OMAP(OMAP353x)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議及便攜式多媒體終端等產(chǎn)品。大家都面臨著同一個(gè)問(wèn)題，那就是如何實(shí)現(xiàn)ARM和DSP或協(xié)處理器的通信和協(xié)同工作?TI的數(shù)字視頻軟件開(kāi)發(fā)包(DVSDK)提供了Codec Engine這樣一個(gè)軟件模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)ARM和DSP或協(xié)處理器的協(xié)同工作。有很多工程師反饋這個(gè)軟件模塊非常好用，節(jié)省了很多開(kāi)發(fā)時(shí)間，也有工程師認(rèn)為TI提供的資料太多，不知如何快速上手。本文將從一個(gè)第一次接觸Codec Engine的工程師角度出發(fā)，歸納TI提供的相關(guān)資源(文檔，例程和網(wǎng)絡(luò)資源)，并介紹相關(guān)開(kāi)發(fā)調(diào)試方法幫您快速入門Codec Engine。

　　1.Codec Engine概述

　　如圖1所示，Codec Engine是連接ARM和DSP或協(xié)處理器的橋梁，是介于應(yīng)用層(ARM側(cè)的應(yīng)用程序)和信號(hào)處理層(DSP側(cè)的算法)之間的軟件模塊。ARM應(yīng)用程序調(diào)用Codec Engine的VISA (Video, Image, Speech, Audio)API，如圖1中VIDENC_process(a, b, c )。Codec Engine的stub (ARM側(cè))會(huì)把參數(shù)a, b, c以及要調(diào)用DSP側(cè)process這個(gè)信息打包，通過(guò)消息隊(duì)列(message queue)傳遞到DSP。Codec Engine的skeleton(DSP側(cè))會(huì)解開(kāi)這個(gè)參數(shù)包，把參數(shù)a, b, c轉(zhuǎn)換成DSP側(cè)對(duì)應(yīng)的參數(shù)x, y, z(比如ARM側(cè)傳遞的是虛擬地址，而DSP只能認(rèn)物理地址)，DSP側(cè)的server(優(yōu)先級(jí)較低，負(fù)責(zé)和ARM通信的任務(wù))會(huì)根據(jù)process這一信息創(chuàng)建一個(gè)DSP側(cè)的process(x, y, x)任務(wù)最終實(shí)現(xiàn)VIDENC_process(a, b, c)的操作。

　　圖1 達(dá)芬奇軟件結(jié)構(gòu)框圖

　　通過(guò)第一部分的介紹，我們知道了TI數(shù)字視頻軟件開(kāi)發(fā)包(DVSDK)中的Codec Engine軟件模塊可以幫助我們輕松地實(shí)現(xiàn)ARM和DSP或協(xié)處理器的協(xié)同工作，以及Codec Engine軟件模塊的概要情況，下面我們將告訴你如何走完Codec Engine入門的第一步和第二步。歡迎轉(zhuǎn)載,本文來(lái)自電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://wenjunhu.com)

　　2. Codec Engine入門第一步

　　有些初學(xué)者認(rèn)為Codec Engine文件包結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難找到自己想找的文檔或例子。其實(shí)在Codec Engine文件包的根目下有一個(gè)發(fā)布說(shuō)明文檔，比如Codec Engine 1.20 根目錄下的release_notes_codec_engine_1_20.html。這個(gè)文檔就是你了解Codec Engine的開(kāi)始，里面有關(guān)于該版本Codec Engine的介紹、相關(guān)文檔資料的鏈接、新的功能、支持哪些芯片、已知的bug、修正了哪些bug及例子等等的具體說(shuō)明。具體如圖2藍(lán)色字體所示。瀏覽該文檔后，初學(xué)者至少可以知道哪里可以找到自己想要的文檔或例子。舉例來(lái)說(shuō)，如果想找相關(guān)的文檔，點(diǎn)擊 Documentation就可以看到這個(gè)Codec Engine文件包里的文檔的鏈接。

　　圖2 Codec Engine 1.20 Release Notes截圖

　　3.Codec Engine入門第二步

　　點(diǎn)擊Codec Engine的發(fā)布說(shuō)明文檔 (如圖2)的Validation Info，我們可以知道Codec Engine 1.20需要和以下軟件模塊和工具配合使用：

　　?Framework Components 1.20.02

　　?xDAIS 5.21

　　?XDC Tools 2.93.01

　　?DSP/BIOS Link 1.40.05, configured for the DM6?46 EVM

　　?C6x Code Generation Tools version 6.0.8

　　?DSP/BIOS 5.31.05

　　?MontaVista Linux v4.0

　　?Red Hat Enterprise Linux 3 (SMP)

　　因此，我們需要在該Codec Engine安裝的DVSDK文件包下面檢查上面提到的軟件模塊和工具是否安裝，版本是否正確。否則，可能會(huì)編譯不過(guò) Codec Engine的例子。那么，什么是 Framework Components，什么是xDAIS，什么又是XDC Tools呢?你可以分別到它們的根目錄下瀏覽它們各自的發(fā)布說(shuō)明文檔，做一個(gè)總體的了解。

　　這里我們簡(jiǎn)單介紹一下，可以幫助大家盡快找到和自己相關(guān)的重點(diǎn)及資源。

　　1)Framework Components是TI提供的一個(gè)軟件模塊，負(fù)責(zé)DSP側(cè)的memory 和DMA資源管理。因此，DSP算法工程師需要了解這個(gè)軟件模塊。http://tiexpressdsp.com/wiki/index.php?title=Framework_Components_FAQ

　　2)xDAIS 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，它定義了TI DSP算法接口的標(biāo)準(zhǔn)。這樣大大提高了DSP算法軟件的通用性。DSP算法工程師要寫(xiě)出能被ARM通過(guò)Codec Engine調(diào)用的算法，必須保證自己的算法接口符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，DSP算法工程師也必須了解這個(gè)軟件模塊。http://tiexpressdsp.com/wiki/index.php?title=Category:XDAIS

　　3)XDC Tools和gmake類似，是一個(gè)工具。XDC根據(jù)用戶定義的一套build指令，通過(guò)調(diào)用用戶指定的ARM 工具鏈(Tool Chain)和DSP編譯器(C6x Code Generation Tools )build出ARM側(cè)和DSP側(cè)的可執(zhí)行文件。可以先不必細(xì)究這個(gè)工具，只需通過(guò)編Codec Engine的例子，知道如何設(shè)置build指令就可以了。

　　4)DSP/BIOS Link是實(shí)現(xiàn)ARM和DSP之間通信的底層軟件，Codec Engine就是建立在這個(gè)底層軟件之上。在修改系統(tǒng)內(nèi)存分配(缺省是256MB的DDR2)時(shí)，DSP/BIOS Link 1.38版本的用戶需要修改DSP/BIOS Link的配置文件，并重新build DSP/BIOS Link。而DSP/BIOS Link 1.40版本以后的用戶就無(wú)需此操作。http://tiexpressdsp.com/wiki/index.php?title=DSPLink_Overview

　　http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=Changing_the_DVEVM_memory_map

　　5)C6x Code Generation Tools是Linux環(huán)境下C6000系列DSP的編譯器。我們用CCS開(kāi)發(fā)DSP時(shí)都是用的Windows環(huán)境下的DSP編譯器。

　　6)DSP/BIOS是TI 免費(fèi)提供的DSP實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。和上面C6x Code Generation Tools一樣，這里的DSP/BIOS也是Linux環(huán)境下的版本。DSP系統(tǒng)工程師需要了解這個(gè)操作系統(tǒng)。

　　4. Codec Engine入門第三步

　　開(kāi)發(fā)ARM+DSP平臺(tái)需要三類工程師：ARM應(yīng)用程序工程師、DSP算法工程師和DSP系統(tǒng)工程師。而開(kāi)發(fā)ARM+協(xié)處理器平臺(tái)只需要ARM應(yīng)用程序工程師。下面就讓我們針對(duì)這三類工程師做分別介紹。如果您使用的是TI或TI第三方的編解碼算法，就不需要關(guān)注DSP算法工程師的部分。如果使用ARM+協(xié)處理器平臺(tái)，就只需關(guān)心ARM應(yīng)用工程師的部分。

　　4.1 DSP算法工程師應(yīng)該如何著手?

　　這里我們不討論如何開(kāi)發(fā)DSP算法，只討論DSP算法工程師怎樣讓自己的算法可以被ARM通過(guò)Codec Engine調(diào)用。(參考http://www.ti.com/litv/pdf/sprued6c，這個(gè)文檔會(huì)講到codec package及相關(guān)的.xs和.xdc文件，Codec Engine1.20及以上版本的用戶可以先不細(xì)究這些內(nèi)容，后面會(huì)介紹工具幫您自動(dòng)生成這些文件。)

　　1)熟悉xDAIS和xDM標(biāo)準(zhǔn)。

　　xDM只是xDAIS的擴(kuò)展，因此，需要先了解xDAIS。在xDAIS 軟件包根目錄下的發(fā)布說(shuō)明文檔里，可以很快找到關(guān)于xDAIS和xDM的文檔鏈接。http://focus.ti.com/lit/ug/spruec8b/spruec8b.pdf

　　在xDAIS安裝路徑下的examples/ti/xdais/dm/examples/g711有一個(gè)g711_sun_internal.c，這個(gè)算法不符合x(chóng)DAIS標(biāo)準(zhǔn)。在同一個(gè)路徑下的g711dec_sun_ialg.c (decoder)和g711enc_sun_ialg.c (encoder)是封裝成符合x(chóng)DM標(biāo)準(zhǔn)之后的編解碼算法?？梢酝ㄟ^(guò)這個(gè)例子學(xué)習(xí)和了解如何把自己算法封裝成符合x(chóng)DM標(biāo)準(zhǔn)的算法。

　　xDAIS 6.10及其以后的版本，包含了一個(gè)工具QualiTI，可以檢查您的DSP算法是否滿足xDAIS標(biāo)準(zhǔn)(但不會(huì)檢查是否滿足xDM)。具體請(qǐng)參考：http://tiexpressdsp.com/wiki/index.php?title=QualiTI_XDAIS_Compliance_Tool

　　2)熟悉Framework Components。

　　Framework Components主要包括兩個(gè)模塊DSKT2和DMAN3，它們分別負(fù)責(zé)DSP側(cè)的memory 和EDMA資源管理。DSP算法使用的memory必須是先向DSKT2提出申請(qǐng)并由DSKT2分配得到的。同樣DSP算法使用的EDMA通道也是向DMAN3申請(qǐng)并由DMAN3分配得到的。而關(guān)于QDMA的操作，是通過(guò)ACPY3這個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的。這樣的好處是很容易對(duì)DSP側(cè)不同的算法做整合，不同的算法之間不用擔(dān)心資源(Memory和EDMA)的沖突問(wèn)題。

　　在Framework Components 軟件包根目錄下的發(fā)布說(shuō)明文檔里，可以很快找到相關(guān)文檔的鏈接。在Framework Components安裝路徑下packages\ti\sdo\fc\dman3\examples有一個(gè)Fast Copy的例子，可以幫您理解如何基于Framework Components的ACPY3模塊實(shí)現(xiàn)QDMA的操作。

　　另外，有些用戶DSP側(cè)的算法比較簡(jiǎn)單，在確保不和ARM側(cè)EDMA資源沖突的前提下在算法里直接操作EDMA不使用DMAN3也是可以的。這樣做的弊端是和其它算法做整合時(shí)會(huì)遇到資源使用沖突的問(wèn)題。

　　4.2 DSP系統(tǒng)工程師應(yīng)該如何著手?

　　通常DSP算法工程師都會(huì)把自己的符合x(chóng)DM標(biāo)準(zhǔn)算法編成一個(gè).lib文件(或 .a6?P)，供DSP系統(tǒng)工程師調(diào)用。DSP系統(tǒng)工程師最終build出一個(gè)DSP Server(也就是DSP的可執(zhí)行程序.x6?P，和CCS下編譯生成的.out類似)。(參考http://focus.ti.com/lit/ug/sprued5b/sprued5b.pdf，這個(gè)文檔會(huì)講到.xdc和.bld等文件，Codec Engine1.20及以上版本的用戶可以先不細(xì)究，后面介紹工具幫您自動(dòng)生成這些文件。)

　　1)如果現(xiàn)在有一個(gè).lib文件(或 .a6?P)(算法必須符合x(chóng)DM標(biāo)準(zhǔn))，如何生成自己的DSP Server呢?下面URL有詳細(xì)的關(guān)于RTSC Codec and Server Package Wizard工具介紹，教您如何把一個(gè).lib文件封裝成RTSC Codec 包和RTSC DSP Server包，并最終build出DSP的可執(zhí)行程序.x6?P。http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=RTSC_Codec_And_Server_Package_Wizards http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=I_just_want_my_video_codec_to_work_with_the_DVSDK

　　2)如果您使用的是Codec Engine 1.20以前的版本，請(qǐng)參考Codec Engine安裝路徑下examples/servers/video_copy這個(gè)例子。這時(shí)就需要搞清楚sprued6c.pdf和sprued5b.pdf中提到的.xdc和.xs等文件的功能，也可以在video_copy中的相關(guān)文件的基礎(chǔ)上修改手動(dòng)創(chuàng)建出自己的RTSC Codec包和RTSC DSP server包。

　　3)創(chuàng)建好RTSC Codec 和RTSC DSP Server包之后，就是如何build出.x6?P的問(wèn)題了。點(diǎn)擊圖2所示的Examples，就可以找到build Codec Engine例子的說(shuō)明文檔的鏈接。按照這個(gè)文檔做一遍后，就可以對(duì)如何build Codec Server有一個(gè)清楚的了解。其中關(guān)鍵是修改user.bld和xdcpaths.mak文件，設(shè)置Codec Engine依賴的其它軟件模塊和工具的正確路徑。

　　4)如果自己的硬件DDR2大小和例子中的256Mbytes不一致，需要修改DSP的.tcf文件和其他配置。還有些工程師不清楚如何分配memory及如何決定具體段，如：DDRALGHEAP和DDR的大小，以及如何配置./loadmodules里的參數(shù)都請(qǐng)參考: http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=Changing_the_DVEVM_memory_map。

　　4.3 ARM應(yīng)用程序工程師應(yīng)該如何著手?

　　ARM應(yīng)用工程師需要調(diào)用Codec Engine的VISA API，最終編出ARM側(cè)的可執(zhí)行程序，因此，必須根據(jù)自己的應(yīng)用學(xué)習(xí)相關(guān)的VISA API、如何創(chuàng)建應(yīng)用側(cè)Codec Engine的package及配置文件。(參考http://focus.ti.com/lit/ug/sprue67d/sprue67d.pdf，這個(gè)文檔也涉及到如何調(diào)試Codec Engine的內(nèi)容)。

　　1)了解ARM應(yīng)用程序調(diào)用Codec Engine的流程、VISA API和其他Codec Engine API?？梢詤⒖糃odec Engine安裝路徑下examples/apps/video_copy的例子(較簡(jiǎn)單)或者DVSDK安裝路徑下demos里的encode/decode/encodedecode例子(較復(fù)雜)。http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=Configuring_Codec_Engine_in_Arm_apps_with_createFromServer

　　2)了解ceapp.cfg文件。sprue67d.pdf有相關(guān)介紹，可以先讀懂examples/apps/video_copy/ceapp.cfg。

　　3)用4.2 3)中提到的方法學(xué)習(xí)如何build ARM側(cè)的可執(zhí)行程序。

　　4)如何在多線程中調(diào)用codec engine，參考：http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=Multiple_Threads_using_Codec_Engine_Handle

　　5)還可以參考以下三個(gè)文檔了解更多TI demo的ARM應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)、線程調(diào)度等具體的問(wèn)題。

　　EncodeDecode Demo for the DaVinci DVEVM/DVSDK 1.2 (Rev. A) (spraah0a.htm, 8 KB) 27 Jun 2007 Abstract

　　Encode Demo for the DaVinci DVEVM/DVSDK 1.2 (Rev. A) (spraa96a.htm, 8 KB) 27 Jun 2007 Abstract

　　Decode Demo for the DaVinci DVEVM/DVSDK 1.2 (Rev. A) (spraag9a.htm, 8 KB) 27 Jun 2007 Abstract

　　5.使用中常碰到的問(wèn)題

　　1)如果遇到問(wèn)題可以先訪問(wèn)http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=Codec_Engine_FAQ。

　　2)有些工程師沒(méi)有DSP開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，或者暫時(shí)沒(méi)有仿真器通過(guò)JTAG調(diào)試DSP。可以參考下面網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容，先做一個(gè)“Hello World”的例程對(duì)ARM和DSP如何協(xié)同工作有個(gè)感性認(rèn)識(shí)。http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=How_to_build_an_ARM/DSP_Hello_World_program_on_the_DaVinci_EVM

　　3)很多工程師都是參考video_copy的例子，在它的基礎(chǔ)上把自己的算法加進(jìn)去。因?yàn)橛性创a，這樣比較容易。但肯定要根據(jù)自己算法的需要修改ARM和DSP之間傳遞的buffer和參數(shù)，重要的是先保證ARM側(cè)的應(yīng)用程序可以把buffer和參數(shù)正確傳遞到DSP，DSP可以把處理之后的buffer正確的傳到ARM側(cè)的應(yīng)用程序。把這個(gè)通路打通之后，就比較容易定位問(wèn)題是出在ARM應(yīng)用程序還是DSP側(cè)的算法。另外，參考video_copy例子時(shí)注意代碼的注釋，以便清楚哪一句代碼可以刪掉哪一句必須要修改或保留。如果要擴(kuò)展xDM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考：http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=Extending_data_structures_in_xDM。

　　4)Codec Engine DSP側(cè)會(huì)涉及到Cache一致性的問(wèn)題。請(qǐng)參考：http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=Cache_Management

　　5)關(guān)于Codec Engine系統(tǒng)調(diào)試，有以下幾種方法：

　　A.打開(kāi)Codec Engine trace，通過(guò)打印信息看問(wèn)題出在什么地方。比如engine_open失敗，DSP側(cè)不能創(chuàng)建codec 等等。

　　a)Codec Engine 2.0及以上版本，請(qǐng)參考：http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=Easy_CE_Debugging_Feature_in_CE_2.0

　　b)Codec Engine 1.x版本，請(qǐng)參考：http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=TraceUtil

　　B.ARM應(yīng)用程序跑起來(lái)后，用仿真器連上CCS調(diào)試DSP側(cè)程序，參考：http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=Debugging_the_DSP_side_of_a_CE_application_on_DaVinci_using_CCS

　　C.用Soc Analyzer可以做系統(tǒng)調(diào)試之外，還可以統(tǒng)計(jì)具體函數(shù)運(yùn)行(ARM和DSP側(cè))時(shí)間(benchmark)。請(qǐng)參考：http://tiexpressdsp.com/wiki/index.php?title=SoC_Analyzer

　　6)因?yàn)镃odec Engine是介于ARM 應(yīng)用程序和編解碼算法中間的軟件模塊，很多工程師非常想知道它的開(kāi)銷(overhead)，請(qǐng)參考：http://wiki.davincidsp.com/index.php?title=Codec_Engine_Overhead

　　7)如何在Linux環(huán)境下編DSP的匯編或線性匯編程序?

　　在Codec Engine安裝路徑下/packages/config.bld文件里

　　var C6?P = xdc.useModule(‘ti.targets.C6?P’);

　　之后添加：

　　C6?P.extensions[“.sa”] = {

　　suf: “.sa”, typ: “asm:-fl”

　　}

　　或

　　C6?P.extensions[“.asm”] = {

　　suf: “.asm”, typ: “asm:-fa”

　　}

　　8)DSP側(cè)如何統(tǒng)計(jì)具體函數(shù)運(yùn)行時(shí)間?

　　TI DSPC6?x+內(nèi)核有一個(gè)6?位的硬件定時(shí)器(Time Stamp Counter)，它的頻率和CPU頻率一致。最簡(jiǎn)單的辦法是使用TSC的低32位TSCL。注意在DM6?4x中，TSCH用于ARM。

　　#include

　　void main (){

　　…

　　TSCL=0;

　　…

　　t1=TSCL;

　　my_code_to_benchmark();

　　t2=TSCL;

　　printf(“# cycles == %d\n”, (t2-t1));

　　}

　　6.結(jié)語(yǔ)

　　以上針對(duì)如何上手TI的Codec Engine做了簡(jiǎn)單的歸納，還有很多具體細(xì)節(jié)的問(wèn)題沒(méi)有涉及到。還請(qǐng)各位工程師從自己要用的軟件模塊發(fā)布說(shuō)明文檔開(kāi)始找到相關(guān)的文檔并研究。歡迎轉(zhuǎn)載,本文來(lái)自電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://wenjunhu.com )