DSP/BIOS中的IO設備驅動(dòng)編程技術(shù)

介紹了DSP/BIOS中I/O設備驅動(dòng)程序的編寫(xiě),并給出了一個(gè)在TMS320C5402 DSK上開(kāi)發(fā)語(yǔ)音處理程序的實(shí)例。

關(guān)鍵詞：數字信號處理器（DSP） 實(shí)時(shí)操作系統 I/O設備驅動(dòng) 應用程序接口（API）

近年來(lái),隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展,DSP在航空、航天、雷達、通信、消費類(lèi)電子設備等方面都得到了廣泛應用;同時(shí),DSP的運算能力也越大越強大,TI公司新推出的TMS320C6400系列的運算能力可以達到8800MIPS。這些都要求開(kāi)發(fā)DSP的應用程序要縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間,增加軟件的可編護性和可重用性。語(yǔ)音壓縮、語(yǔ)音識別、圖像處理等方面的應用要求DSP的開(kāi)發(fā)盡可能簡(jiǎn)單,還要求代碼的執行效率高。

DSP/BIOS是TI公司推出的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統。DSP/BIOS與TI的CCS（Code Composer Studio）集成在一起。目前最新的版本是CCS 1.2中的DSP/BIOS II。應用DSP/BIOS可以大大簡(jiǎn)化DSP應用程序的開(kāi)發(fā)和調試。與外部設備的I/O接口是DSP應用開(kāi)發(fā)中不可缺少的重要部分?；贒SP/BIOS的I/O設備驅動(dòng)將軟件與硬件分離,提高了軟件的可重用性,在軟件或硬件改動(dòng)時(shí)可使相互的影響降為最小。

1 DSP/BISO操作系統簡(jiǎn)介

DSP/BIOS實(shí)際上是一組可重復調用的系統模塊API的集合。只占用DSP很少的資源,可以滿(mǎn)足DSP實(shí)時(shí)運行時(shí)的調試性能分析,編寫(xiě)高效的程序。例如,在TMS320C6211上運行printf()函數需花費4000個(gè)周期,而運行LOG_printf()只花費36個(gè)周期,可printf()要比LOG_pfrintf（）多花費100倍以上的時(shí)間。下面只對與I/O設備驅動(dòng)有關(guān)的模塊作簡(jiǎn)要介紹。

1.1 任務(wù)調度模塊（HWI/SWI/TSK）

在DSP/BIOS中,任務(wù)的調度是通過(guò)HWI、SWI和TSK三個(gè)模塊實(shí)現的。HWI（硬件中斷管理模塊）管理硬件中斷,主要負責DSP與外設的交互,從外設中讀寫(xiě)數據。由于硬件中斷直接與硬件打交道,對應的中斷服務(wù)程序ISR應盡可能短小精焊。HWI不引起任務(wù)調度,它在處理完數據的輸入輸出后調用SWI_post()來(lái)調度相應的軟件中斷SWI完成數據處理工作。

DSP/BIOS提供兩類(lèi)優(yōu)先線(xiàn)程：SWI（軟件中斷管理模塊）和TSK（任務(wù)管理模塊）。SWI是DSP/BIOS任務(wù)調度的核心,SWI任務(wù)是搶斷式的,即高優(yōu)先級的任務(wù)可以搶斷低優(yōu)先級的任務(wù)。但是SWI任務(wù)是不可阻塞的,所有SWI任務(wù)共享一個(gè)堆棧,SWI任務(wù)只能在程序編制時(shí)預先定義好。DSP/BIOS中對任務(wù)的動(dòng)態(tài)產(chǎn)生和對阻塞狀態(tài)的支持是通過(guò)TSK模塊來(lái)實(shí)現的。TSK也是可以搶斷的,但每個(gè)TSK任務(wù)使用獨立的堆棧。

1.2 通訊模塊（PIP/SIO）

PIP（帶緩沖管道管理模塊）和SIO（流輸入輸出管理模塊）是DSP/BIOS提供的兩個(gè)接口對象,用于支持DSP與外設之間 數據交換。PIP對象帶有一個(gè)緩沖隊列,可以執行帶緩沖的讀任務(wù)和寫(xiě)任務(wù)。SIO沒(méi)有緩沖隊列,SIO的操作get()和put()在應用程序和驅動(dòng)程序之間交換緩沖的指針,而不是數據的拷貝,因此執行效率比PIP高。

PIP和SIO對象支持基于幀的信號處理系統的實(shí)現。在多速率系統中需要使用優(yōu)先級線(xiàn)程來(lái)統一端口通信,在其它需要處理不同尺寸、不同速率的幀的系統中,優(yōu)先級線(xiàn)程也是必須的。PIP對象可被SWI或TSK線(xiàn)程使用,而SIO對象只能被TSK使用。

2 低級設備驅動(dòng)（LIO）

LIO（Low Level I/O）是一組基于DSP/BIOS設計的API函數。它由控制函數、I/O緩沖區管理函數、信令函數組成,如表1所示。應用程序可以通過(guò)LIO函數控制一個(gè)或多個(gè)外設通道。

表1 LIO API函數

LIO函數不考慮數據的轉送方向,也就是說(shuō)僅執行輸出設備、僅執行輸入設備和能執行輸入、輸出的設備執行的是同樣的函數。輸入與輸出之間的主要不同點(diǎn)是傳送到緩沖區隊列函數的參數意義不同。既然所有其它的操作都是同樣的,大多數控制代碼能在單個(gè)驅動(dòng)程序中被所有通道共享。

2.1 總體設計、設想和命名規范

所有的驅動(dòng)程序函數都不能設置成全局中斷。驅動(dòng)程序應不影響全局中斷使能標記的狀態(tài),僅影響由它控制的外設所能觸發(fā)的中斷所對應使能標記的狀態(tài)。這樣可以阻止一個(gè)驅動(dòng)程序與其它驅動(dòng)程序或應用程序爭奪CPU資源。

為了避免由不同驅動(dòng)程序使用同一函數名引起的命名空間沖突,也為了改變驅動(dòng)程序而不需再編譯應用程序代碼,可以通過(guò)函數表訪(fǎng)問(wèn)驅動(dòng)程序函數。用這種方式,僅需要為每個(gè)驅動(dòng)程序定義一個(gè)外部符號。這種符號有其命名規范。此命名規范通過(guò)接線(xiàn)板、在片外設、LIO接口等來(lái)區分。如包含應用程序注釋的源代碼為T(mén)I TMS320VC5402 DSK的AD50音頻編解碼器執行基于DMA的驅動(dòng)程序,驅動(dòng)程序函數表名是DSK5402_DMA_AD50_TI_ILIO。

設備驅動(dòng)程序支持的各通道半雙工（輸入或輸出）通道。每個(gè)函數對應一個(gè)通道變量。一個(gè)能執行輸入和輸出的物理設備,如連接到音頻編解碼器的DSP串口,可通過(guò)兩個(gè)半雙工通道（一個(gè)輸入,一個(gè)輸出）來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。一個(gè)驅動(dòng)程序支持多少個(gè)物理設備和通道依具體實(shí)現而實(shí)。一般一個(gè)驅動(dòng)程序應能控制一個(gè)物理設備,此設備可能有多個(gè)通道。通道號與物理設備通道的映射執行時(shí)確定。通道號應約定從0開(kāi)始。對I/O設備,一般約定偶數號為輸入,奇數號為輸出。