基于DSP／BIOS的多信號并行處理軟件架構(gòu)設(shè)計

摘要 利用DSP芯片設(shè)計出能夠支持多類信號多路并行處理的軟件，可減少外圍專用算法芯片的使用，降低設(shè)計成本、縮小印制板尺寸、縮短開發(fā)周期。文中介紹了一種利用DSP／BIOS操作系統(tǒng)進(jìn)行快速開發(fā)設(shè)計的軟件架構(gòu)，不僅滿足此種需求，并且方便了算法的裁減擴(kuò)充和程序跨平臺移植，在實際應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用和驗證。
關(guān)鍵詞 DSP／BIOS；HWI；PRD；TSK；軟件架構(gòu)

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芯片的運算能力快速增強(qiáng)。運用DSP芯片快速設(shè)計多類信號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移植，實現(xiàn)多類信號多路并行處理的軟件快速開發(fā)設(shè)計。

1 DSP／BIOS簡介
DSP／BIOS是TI公司推出的實時操作系統(tǒng)，集成在CCS(Code Composer Studio)開發(fā)環(huán)境中。DSP／BIOS采用靜態(tài)配置策略，通過去除運行代碼能使目標(biāo)程序存儲空間最小化，優(yōu)化內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在程序執(zhí)行前夠通過確認(rèn)對象所有權(quán)較早地檢測出錯誤，可滿足DSP運行時的調(diào)試和性能分析，應(yīng)用DSP／BIOS可以快速編寫高效程序，較大的簡化DSP應(yīng)用程序的開發(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位實時邏輯時鐘，負(fù)責(zé)PRD周期的設(shè)置。PRD管理周期對象，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)只能在程序編制時預(yù)先定義好。TSK是可阻塞搶斷式的，支持任務(wù)的動態(tài)產(chǎn)生。IDL管理休眠函數(shù)，休眠函數(shù)在目標(biāo)系統(tǒng)程序無更高優(yōu)先權(quán)的函數(shù)運行時啟動，是一種特殊的TSK。同步模塊，負(fù)責(zé)各個調(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，支持實時分析、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)計思想，共分5層：驅(qū)動層、系統(tǒng)層、算法層、控制層和應(yīng)用層。驅(qū)動層完成芯片硬件接口及外圍芯片驅(qū)動。系統(tǒng)層運行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。控制層負(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
3．1 驅(qū)動層
使用DSP／BIOS圖形化的界面，調(diào)用芯片支持庫模塊CSL，快速設(shè)置DSP底層硬件接口，完成芯片的MCBSP驅(qū)動、EMIF驅(qū)動和EDMA驅(qū)動的開發(fā)。對于外圍芯片的驅(qū)動，如A／D芯片驅(qū)動，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A／D芯片的配置。