多信號(hào)并行處理軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)分析

隨著信息技術(shù)和芯片技術(shù)的發(fā)展，DSP技術(shù)在航空、通信、醫(yī)療和消費(fèi)類電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。伴隨主頻不斷提升及多核并行工作，DSP芯片的運(yùn)算能力快速增強(qiáng)。運(yùn)用DSP芯片快速設(shè)計(jì)多類信號(hào)多路并行處理的軟件，變得更加重要。為滿足需求，文中提出一種基于DSP／ BIOS的軟件架構(gòu)，可提高軟件的可維護(hù)性和可重用性，方便算法的裁減添加及程序的跨平臺(tái)移植，實(shí)現(xiàn)多類信號(hào)多路并行處理的軟件快速開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。
　　1 DSP／BIOS簡(jiǎn)介
　　DSP／BIOS是TI公司推出的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，集成在CCS（Code Composer Studio）開(kāi)發(fā)環(huán)境中。DSP／BIOS采用靜態(tài)配置策略，通過(guò)去除運(yùn)行代碼能使目標(biāo)程序存儲(chǔ)空間最小化，優(yōu)化內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在程序執(zhí)行前夠通過(guò)確認(rèn)對(duì)象所有權(quán)較早地檢測(cè)出錯(cuò)誤，可滿足DSP運(yùn)行時(shí)的調(diào)試和性能分析，應(yīng)用DSP／BIOS可以快速編寫(xiě)高效程序，較大的簡(jiǎn)化DSP應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試。DSP／BIOS是一組可重復(fù)調(diào)用的系統(tǒng)模塊應(yīng)用程序接口API集合，分為系統(tǒng)模塊System、協(xié)助模塊Instrumentation、調(diào)度模塊Scheduling、同步模塊Synchronization、通信模塊Input／Out put和配置模塊CSL。系統(tǒng)模塊，主要完成芯片型號(hào)確認(rèn)、字節(jié)序Endian Mode配置、主頻配置、芯片Cashe空間劃分及內(nèi)存空間分配。協(xié)助模塊Instrumentation，主要負(fù)責(zé)消息打印、事件日志及信息追蹤工作。調(diào)度模塊，為DSP／BIOS核心功能，可細(xì)化為定時(shí)管理CLK、周期中斷管理PRD、硬中斷管理HWI、軟中斷管理SWI、任務(wù)管理TSK和空閑任務(wù)管理IDL。CLK控制片內(nèi)的32位實(shí)時(shí)邏輯時(shí)鐘，負(fù)責(zé)PRD周期的設(shè)置。PRD管理周期對(duì)象，觸發(fā)應(yīng)用程序周期執(zhí)行性，為一種特殊的SWI。HWI管理硬件中斷，主要負(fù)責(zé)DSP與外設(shè)的數(shù)據(jù)交互，中斷服務(wù)程序應(yīng)盡量短小精焊。SWI是不可阻塞搶斷式，SWI任務(wù)只能在程序編制時(shí)預(yù)先定義好。TSK是可阻塞搶斷式的，支持任務(wù)的動(dòng)態(tài)產(chǎn)生。IDL管理休眠函數(shù)，休眠函數(shù)在目標(biāo)系統(tǒng)程序無(wú)更高優(yōu)先權(quán)的函數(shù)運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)，是一種特殊的TSK。同步模塊，負(fù)責(zé)各個(gè)調(diào)度模塊之間信息的交換傳遞，保證調(diào)度模塊之間的同步和互斥。通信模塊，允許應(yīng)用程序在目標(biāo)系統(tǒng)和主機(jī)之間交流數(shù)據(jù)。配置模塊，負(fù)責(zé)芯片底層硬件的配置。另外DSP／BIOS還帶有插件，支持實(shí)時(shí)分析、程序跟蹤和性能監(jiān)視。
　　2 DSP軟件架構(gòu)
　　軟件架構(gòu)采用分層設(shè)計(jì)思想，共分5層：驅(qū)動(dòng)層、系統(tǒng)層、算法層、控制層和應(yīng)用層。驅(qū)動(dòng)層完成芯片硬件接口及外圍芯片驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)層運(yùn)行DSP／BIOS操作系統(tǒng)，完成硬件中斷、周期控制和任務(wù)調(diào)度功能。算法層提供各類業(yè)務(wù)需求的算法API?？刂茖迂?fù)責(zé)軟件的指令解析、內(nèi)存管理、中斷服務(wù)和交換控制。應(yīng)用層為CPU調(diào)用控制DSP提供指令交互和數(shù)據(jù)交互接口。
　　
　　3 子層設(shè)計(jì)
　　3．1 驅(qū)動(dòng)層
　　使用DSP／BIOS圖形化的界面，調(diào)用芯片支持庫(kù)模塊CSL，快速設(shè)置DSP底層硬件接口，完成芯片的MCBSP驅(qū)動(dòng)、EMIF驅(qū)動(dòng)和EDMA驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)。對(duì)于外圍芯片的驅(qū)動(dòng)，如A／D芯片驅(qū)動(dòng)，首先硬件上完成DSP芯片與A／D芯片的接線，然后按照配置指令的幀格式完成對(duì)A／D芯片的配置。
　　3．2 系統(tǒng)層
　　系統(tǒng)層設(shè)計(jì)為軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，充分利用DSP／BIOS提供的調(diào)度模塊和同步模塊。將控制層中的指令解析、交換控制和交換表更新模塊與PRD綁定，周期檢查有無(wú)新指令，并根據(jù)指令解析更新交換表，調(diào)度周期由32位實(shí)時(shí)邏輯時(shí)鐘控制。將控制層中的交換控制和數(shù)據(jù)交換模塊與TSK綁定，根據(jù)從其他模塊收到的信號(hào)量SEM或者郵箱信息MBX，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，完成不同格式的數(shù)據(jù)在不同信道間的透明傳輸。將中斷服務(wù)與HWI進(jìn)行綁定，完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收發(fā)。運(yùn)用同步模塊Synchronization中的郵箱機(jī)制MBX與信號(hào)量SEM機(jī)制完成HWI、PRD和TSK之間的消息傳遞。運(yùn)用操作系統(tǒng)的調(diào)度算法，完成多個(gè)任務(wù)之間的調(diào)度，控制數(shù)據(jù)收發(fā)及數(shù)據(jù)處理。