OMAP5910實時圖像系統中的DMA數據傳輸

引言

實時圖像處理系統的顯著特點是數據量大，有效地處理和傳輸圖像數據是實現實時圖像處理系統的關鍵，TI公司推出了高性能多媒體雙核處理器OMAP5910，是將高性能、低功耗的TMS320C55x DSP與控制性能很強的ARM925微處理器集成到同一芯片器件中如何有效地發揮雙核的優勢，合理利用OMAP5910的各種內存配置DMA控制器實時、高效傳輸大規模的圖像數據是本文研究的重點。 

1 OMAP5910的內存管理

由于OMAP5910支持多種內存，因此在設計DMA傳輸方案時，必須對OMAP5910的內存管理有一個詳細的了解。

OMAP5910的MPU存儲器片內集成了192KB的SRAM，DSP存儲器片內集成了64KB的雙向DARAM，96KB的單向SARAM，32KB的程序存儲器PDROM，MPU和DSP子系統的存儲器映射情況如圖1所示[1]。通過EMIFF和EMIFS接口，OMAP5910可以訪問片外存儲器，但訪問片外存儲器的速度與訪問片內存儲器的速度差別很大。

OMAP5910的片內存儲器主要由存儲器管理單元TC管理。TC管理MPU、DSP、DMA以及局部總線對OMAP5910系統存儲資源（SRAM、SDRAM、Flash、ROM等）的訪問，它的主要功能是確保處理器能夠高效訪外部存儲區，避免產生瓶頸現象而降低片上處理速度，TC通過3種不同的接口－EMIFS、EMIFF或IMIF,支持處理器或DMA單元對存儲器的訪問.其中EMIFS接口提供對Flash、SRAM或ROM的訪問，EMIFF接口提供對SDRAM的訪問，IMIF接口提供對OMAP5910片內192KB SRAM的訪問，3種接口是完全獨立的[2]，從任何一個處理器或DMA單元都可以同時訪問。

ARM核訪問DSP核的數據或內存空間，需要ARM和DSP之間進行通信，主要有3種方式支持內部雙核間的通信，第1種方式通過雙核共享郵箱寄存器MailBox來實現，ARM和DSP均可以通過MailBox觸發對方中斷，并同時傳遞兩個16位的參數，以通知對方自己的狀態或傳遞某種請求，第2種方式是MPUI方式，ARM通過主機接口獲得對DSP存儲空間和I/O空間的訪問權，由ARM完成數據在雙核間的搬移，第3種方式是設置DSP的MMU，將DSP的外部存儲空間映射到OMAP5910系統存儲資源中，共享DSP的地址空間，由DSP完成雙核間的數據搬移。

2 OMAP5910的DMA控制器

OMAP5910的DMA控制器對實時圖像處理系統非常重要，它可以在沒有CPU參與的情況下完成映射存儲空間中數據搬移，靈活的使用DMA控制器可以大大提高數據傳輸效率。

OMAP5910的DMA控制器進行通用功能傳輸時的特點如下：

1）單通道分割操作，具有通用和專用信道，不同的硬件資源端口。所有的數據交換都通過請求（Request）、準備就緒（ready）、中止（abort）信號進行握手。DMA信道是時分復用的，其傳輸的基本流程如圖2所示。

2）多幀傳輸。傳輸的每個數塊可以有多個數據幀。傳輸的數據大小為8位、16位和32位。可按字節打包、拆包、并對傳輸的字節計數。可訪問所有的存儲器地址空間（物理地址映射和I/O空間）。

3）DMA的讀、寫和幀操作都有中斷觸發，每個DMA物理通道都可以產生一個中斷，使處理器對本次傳輸的狀態作出反應，所有的DMA中斷都是電平中斷[4]。

4）后臺傳輸、高吞吐率，DMA可獨立于CPU工作和以PCU時鐘速度進行數據吞吐。

實時圖像處理系統的圖像數據很大，同時圖像處理過程中也也會產生大量的中間數據，而OMAP5910的片內資源有限，不能容納幀的圖像數據和中間數據，所以大量的圖像數據必須存儲在片外存儲器中，為了保證系統的實時性，由DMA負責完成數據在不同存儲空間的搬移，不必占用CPU的時鐘周期，避免CPU大部分時間堵塞在對外存的訪問上，同時DMA對數據重排功能可以優化圖像數據在內存中的存儲，這不僅可以提高內部存儲空間的利用效率，而且可以提高數據的傳輸速率。

3 OMAP5910內、外存儲器數據交換分析

一個完整的實時圖像處理不僅能對圖像進行實時采集，還能對圖像進行實時處理，該實時圖像處理系統主要由圖像傳感器、A/D轉換器，復雜可編程邏輯器件FPGA、OMAP5910雙核處理器，圖像顯示設備等構成。該系統的主要功能是FPGA實時接收紅外焦平面陣列傳感器輸出的14位視頻信號，降頻后由OMAP5910的DSP處理器執行圖像處理算法，同時，OMAP5910的ARM處理器執行復雜控制指令，再由FPGA緩存，經D/A變換合成10位視頻信號輸出，另外，OMAP5910的ARM處理器通過接口接收計算機的控制指令。 按照人眼的視覺要求，成像系統每秒鐘至少要采集和處理25幀圖像數據，才能避免圖像實時顯示時的視覺閃爍感，。對于320