開(kāi)發(fā)DSP硬件驅動(dòng)程序的一種方法

l 引 言

目前，TI公司的DSP應用很廣泛，隨著(zhù)DSP的功能越來(lái)越強大，片上外設種類(lèi)及應用日趨復雜。傳統的DSP程序開(kāi)發(fā)包含兩方面程序：即配置、控制、中斷等管理DSP片內外設、接口的硬件相關(guān)程序和基于應用的算法程序。這樣的系統結構，應用程序與硬件相關(guān)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(kāi)發(fā)總要從零開(kāi)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(dòng)，代碼的維護性和可移植性均不高。

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

2 基于DSP/BIOS的IOM硬件驅動(dòng)

在CCS應用環(huán)境中集成的實(shí)時(shí)操作系統DSP/BI-OS[1]中，硬件驅動(dòng)程序最終以函數庫的形式被封裝起來(lái)，應用程序可不關(guān)心底層硬件外設的具體操作，通過(guò)調用DSP/BIOS相關(guān)的標準API與不同外設接口。接口按統一標準定義，即在DSP/BIOS中創(chuàng )建并配置硬件設備驅動(dòng)模塊為IOM(I/O Mini-driver)模式。

IOM[2]是DSP/BIOS的設備驅動(dòng)模塊的一種接口方式，配置硬件設備驅動(dòng)模塊為IOM模式可在DSP/BIOS的圖形化界面(GUI)中方便完成。IOM模式將設備驅動(dòng)程序分為兩個(gè)層次：上一層是"類(lèi)"驅動(dòng)程序(class driv-er)，這部分程序負責對存儲緩沖區管理、由DSP/BIOS各類(lèi)標準的API函數與應用程序接口，與設備硬件無(wú)關(guān)。下一層是"迷你"驅動(dòng)程序(mini-driver)，這部分程序集成了實(shí)際硬件相關(guān)的代碼。IOM接口將"迷你"驅動(dòng)程序與"類(lèi)"驅動(dòng)程序聯(lián)系一起，包括定義I/O數據包(IOM＿Packet)以提交"迷你"驅動(dòng)程序讀寫(xiě)，定義功能函數包(IOM Fxns)完成相關(guān)初始化，打開(kāi)或關(guān)閉通道，提交I/O數據傳輸與控制等任務(wù)，確保"迷你"驅動(dòng)程序與"類(lèi)"驅動(dòng)程序運行協(xié)調一致。

"類(lèi)"驅動(dòng)程序直接在應用程序中出現，并且根據數據輸入/輸出的處理方式不同，有相應"類(lèi)"驅動(dòng)程序。主要是3種：流輸入輸出型"類(lèi)"驅動(dòng)(SIO)、管道型"類(lèi)"驅動(dòng)(PIP)和通用輸入輸出型"類(lèi)"驅動(dòng)(GIO)。

其中，SIO"類(lèi)"驅動(dòng)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、數據流輸入/輸出，DIO提供負責緩沖管理、信號同步、將API及參數與下層"迷你"驅動(dòng)程序接口；PIP"類(lèi)"驅動(dòng)由兩部分組成：PIP模塊和PIO適配模塊(Adapter)，前者創(chuàng )建管道、數據管道輸入/輸出，PIO提供負責緩沖管理、信號同步、將API及參數與下層"迷你"驅動(dòng)程序接口。GIO"類(lèi)"驅動(dòng)是一種通用輸入輸出接口，調用的API函數，可通過(guò)阻塞線(xiàn)程讀寫(xiě)數據，直接與"迷你"驅動(dòng)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(dòng)態(tài)創(chuàng )建。DIO，PIO適配模塊(Adapter)創(chuàng )建在DSP/BIOS的設備驅動(dòng)模塊圖形化界面(GUI)中完成。

由上可見(jiàn)，"類(lèi)"驅動(dòng)程序均為標準的API函數，故編寫(xiě)驅動(dòng)程序的重點(diǎn)是"迷你"驅動(dòng)程序方面。"迷你"驅動(dòng)通過(guò)創(chuàng )建統一接口標準的功能函數包(IOM Fxns)，應用程序就可以由DIO適配模塊或PIO適配模塊或GIO"類(lèi)"驅動(dòng)調用"迷你"驅動(dòng)，控制底層硬件設備。這些統一接口標準的功能函數包括：

mdBindDev：設備與"迷你"驅動(dòng)綁定函數；

mdControlChan：設備通道控制函數；

mdCreateChan：設備通道創(chuàng )建函數；

mdDeleteChan：設備通道刪除函數；

mdSubmitChan：按IOM數據包命令執行函數；

mdUnBindDev：設備從"迷你"驅動(dòng)釋放函數。

IOM數據包是其中一關(guān)鍵數據結構，為IOM驅動(dòng)程序內部數據的輸入輸出服務(wù)。應用程序本身不會(huì )涉及IOM數據包訪(fǎng)問(wèn)，是IO適配模塊、PIO適配模塊或GIO"類(lèi)"驅動(dòng)通過(guò)他訪(fǎng)問(wèn)"迷你"驅動(dòng)層，其中，數據結構的cmd項，即"類(lèi)"驅動(dòng)命令"迷你"驅動(dòng)的mdSubmitChan功能函數執行硬件設備的讀寫(xiě)等操作。"迷你"驅動(dòng)完成相應操作，通過(guò)回調函數后向上返回該數據包。

3 McBSP/DMA驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

這是基于C5000系列DSP的McBSP和DMA硬件驅動(dòng)開(kāi)發(fā)。系統以TMS320VC5410為CPU，TLC320AD50C為音頻編解碼芯片，TLC320AD50C與DSP的McBSP0通道接口，數據傳輸采用DMA方式。

在傳統的軟件開(kāi)發(fā)結構中，應用程序一般通過(guò)DMA中斷服務(wù)程序控制硬件設備及數據管理。傳統的軟件開(kāi)發(fā)結構如圖1所示。

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

具體開(kāi)發(fā)過(guò)程如下：

(1)IOM驅動(dòng)程序

mdBindDev在DSP/BIOS啟動(dòng)時(shí)調用，具體完成硬件設備初始化參數傳遞、獲取McBSP及DMA資源，McBSP及DMA的初始化參數用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(gè)邏輯通道，即DMA接收、發(fā)送通道。分別設置初始化參數。mdSubmitChan按IOM數據包數據結構的cmd項，命令"迷你"驅動(dòng)執行向硬件設備的IOM寫(xiě)操作，即通過(guò)McBSP0輸出數據。相應工程編譯鏈接生成驅動(dòng)庫函數，完成IOM驅動(dòng)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(jìn)行"迷你"驅動(dòng)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動(dòng)程序的初始化函數、IOM函數包指針、設備參數指針的名稱(chēng)。本應用采用IOM驅動(dòng)程序的流輸入輸出"類(lèi)"驅動(dòng)(SIO/DIO)，DIO適配模塊與上述"迷你"驅動(dòng)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(gè)控制寄存器初始化參數，即"迷你"驅動(dòng)程序注冊信息的設備參數指針所指內容。

然后，應用程序通過(guò)調用DSP/BIOS的API，動(dòng)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，管理緩沖數據的工作，同樣由SIO相關(guān)API完成，API的使用方法可參見(jiàn)參考文獻中所列手冊。

4 USB驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

這是基于C5000系列DSP(TMS320C5509A)的USB硬件驅動(dòng)開(kāi)發(fā)。TMS320C5509A內部集成符合USB 2.0標準的全速模式USB接口。SIE[3](Serial Interface En-gine)負責將數據按照USB物理電平信號串行轉并行輸入或并行轉串行輸出，并且具有錯誤校驗機制。UBM(USB
Buffer Manager)負責數據緩沖管理，管理數據在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)數據。

本硬件驅動(dòng)的軟件開(kāi)發(fā)結構與上述McBSP/DMA硬件驅動(dòng)開(kāi)發(fā)類(lèi)似，上層為"類(lèi)"驅動(dòng)，即DSP/BIOS GIO，SIO，或PIP模塊，提供針對USB的"迷你"驅動(dòng)的各種輸入輸出請求。"迷你"驅動(dòng)是基于DSP/BIOS關(guān)于USB模塊的CSL(Chip Support Library)，調用CSL的API完成底層硬件各種復雜操作。

(1)IOM驅動(dòng)程序

C5509 USB mdBindDev在DSP/BIOS啟動(dòng)時(shí)調用，完成USB初始化參數傳遞，中斷向量設置，初始化USB模塊；C5509 USB mdControlChan接受如SIOcontrol等"類(lèi)驅動(dòng)"命令，可復位USB數據通道，連接主機USB接口等工作；C5509 USB mdCreateChan創(chuàng )建某個(gè)USB端點(diǎn)的數據通道及配置數據傳輸方向；C5509 USB mdSubmitChan負責USB數據流輸入輸出管理。

(2)USB應用程序

在DSP/BIOS配置工具中User-Defined Devices項進(jìn)行"迷你"驅動(dòng)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"驅動(dòng)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(dòng)態(tài)創(chuàng )建USB的某端點(diǎn)為輸入、輸出通道，如：

由上可知，應用層"類(lèi)"驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的通用性是很強的。

5 結 語(yǔ)

本文推薦的這種DSP硬件驅動(dòng)開(kāi)發(fā)方法，通過(guò)構建應用程序與硬件外設輸入輸出的統一數據接口，將接口代碼層次化。當硬件設備改動(dòng)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，硬件驅動(dòng)程序也具有反復利用的特點(diǎn)。