HPI接13的視頻數據傳輸系統設計

ARM通過(guò)HPI讀寫(xiě)DSP數據空間，須按以下三步順序執行：首先，對HPIC寄存器初始化，主要針對HPI16模式最低位HWOB位設置，決定數據傳輸格式是按高半字在前(設置為0)，還是低半字在前(設置為1)，該位對于HPI32模式無(wú)效，可不設置；然后，對HPIA寄存器初始化，設置訪(fǎng)問(wèn)單元的地址；最后通過(guò)讀寫(xiě)數據寄存器(HPIDA、HPIDF)實(shí)現數據讀寫(xiě)操作，其中讀寫(xiě)HPIDA寄存器是完成連續地址單元讀寫(xiě)操作，讀寫(xiě)HPIDF寄存器是完成固定地址單元讀寫(xiě)操作。注意，在A(yíng)RM讀寫(xiě)的過(guò)程中，如果DSP的nHRDY控制線(xiàn)一直為高，表示HPI數據總線(xiàn)未準備好，ARM的讀寫(xiě)操作必須等待；當nHRDY為低后，ARM才繼續向下執行指令。

2 Linux驅動(dòng)設計
Linux雖然是一種整體式操作系統，但允許在運行時(shí)動(dòng)態(tài)加載或刪除功能模塊。這個(gè)特點(diǎn)方便了驅動(dòng)功能模塊的開(kāi)發(fā)。Linux系統支持兩種模塊調用方式：一種是靜態(tài)編譯，直接編譯進(jìn)內核，在系統啟動(dòng)時(shí)就運行；另外一種是動(dòng)態(tài)加載，在內核運行時(shí)，用insmod／rmmod實(shí)現模塊的加載和刪除功能。在嵌入式系統開(kāi)發(fā)中，一般采用動(dòng)態(tài)加載方式，避免了系統頻繁重啟。當最終發(fā)布產(chǎn)品時(shí)，可以把模塊直接編譯進(jìn)內核。這種處理方式比較簡(jiǎn)單，且效率高。
Linux系統中，內存地址主要涉及以下幾個(gè)概念：物理地址、內核虛擬地址(包括內核邏輯地址)和進(jìn)程虛擬地址。在內核層，當內核要訪(fǎng)問(wèn)某內存空間時(shí)，用的是內核虛擬地址，再由MMU(存儲器管理單元)將內核虛擬地址轉換為物理地址。采用虛擬內存技術(shù)，每個(gè)進(jìn)程都有互不干涉的虛擬空間。三者直接映射的關(guān)系如圖2所示，其中內核函數zap_page_range完成去掉物理地址與進(jìn)程虛擬地址映射關(guān)系的功能。

2．1 驅動(dòng)結構
在Linux中，設備也是作為文件來(lái)訪(fǎng)問(wèn)的。VFS(虛擬文件系統)為各種不同的文件系統提供了統一的訪(fǎng)問(wèn)接口，通過(guò)這些接口，應用程序可以直接使用open、read和IOctl等系統調用對設備進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)和控制。
本例中，把HPI作為一個(gè)外圍設備，其驅動(dòng)主要實(shí)現對設備的打開(kāi)、關(guān)閉、內存映射、視頻數據緩沖區管理和物理內存切換等功能。根據原理圖，可以確定HPI四個(gè)寄存器對應的物理地址，在驅動(dòng)初始化過(guò)程中，調用ioremap_uncache函數把物理地址映射為內核虛擬地址，在驅動(dòng)層通過(guò)內核虛擬地址訪(fǎng)問(wèn)HPI的4個(gè)寄存器。
存儲器映射I／O把HPI驅動(dòng)分配的數據空間直接映射到應用程序的虛擬地址空間，應用程序直接訪(fǎng)問(wèn)該空間，避免了用read／write系統調用導致的視頻數據二次拷貝。在內核里，由驅動(dòng)分配一定的緩存，當應用程序不能及時(shí)處理DSP發(fā)送過(guò)來(lái)的視頻數據，可以緩存這些數據；當應用程序處理完一幀圖像時(shí)，采用Linux的物理內存切換技術(shù)，把下一幀數據所在的物理地址重映射到應用程序的同一虛擬地址，這樣，應用程序不用頻繁調用mmap函數映射內存。
2．2 存儲器映射I／O
一般情況下，當應用程序用read／write讀寫(xiě)設備數據時(shí)，該設備的驅動(dòng)先將設備數據從設備上采樣到內核緩沖區，再從內核緩沖區拷貝到應用程序緩沖區，數據經(jīng)過(guò)了兩次拷貝。當數據量比較小時(shí)，如一些控制命令或狀態(tài)信息，對系統性能幾乎沒(méi)有影響。但是，如果一次傳輸的數據量比較大，比如視頻顯卡上的實(shí)時(shí)視頻圖像，兩次拷貝將大大影響系統的數據處理效率。這時(shí)，可采用存儲器映射I／O技術(shù)，在內核層存儲器映射I／O由函數remap_page_range完成。
由remap_page_range函數的原型可以知道，該函數的意義在于通過(guò)將特定物理地址映射到進(jìn)程虛擬地址，進(jìn)程可以訪(fǎng)問(wèn)特定的物理地址，而這在普通情況下是不可能的。在本例中，當進(jìn)程調用mmap函數進(jìn)行存儲映射時(shí)，內核會(huì )調用驅動(dòng)注冊的hpi_mmap函數，傳入的參數之一包括進(jìn)程虛擬地址。在hpi_mmap函數里，調用remap_page_range完成從緩沖區物理地址到進(jìn)程虛擬地址的映射。hpi_mmap函數實(shí)現如下：