基于DSP的HPI接口的視頻數據傳輸系統設計

　　
2．2 存儲器映射I／O
　　
一般情況下，當應用程序用read／write讀寫設備數據時，該設備的驅動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，數據經過了兩次拷貝。當數據量比較小時，如一些控制命令或狀態信息，對系統性能幾乎沒有影響。但是，如果一次傳輸的數據量比較大，比如視頻顯卡上的實時視頻圖像，兩次拷貝將大大影響系統的數據處理效率。這時，可采用存儲器映射I／O技術，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將特定物理地址映射到進程虛擬地址，進程可以訪問特定的物理地址，而這在普通情況下是不可能的。在本例中，當進程調用mmap函數進行存儲映射時，內核會調用驅動注冊的hpi_mmap函數，傳入的參數之一包括進程虛擬地址。在 hpi_mmap函數里，調用remap_page_range完成從緩沖區物理地址到進程虛擬地址的映射。hpi_mmap函數實現如下：

　　
其中vm_flags字段設置了VM_RESERVED，表示該數據緩沖區一直常駐內存，在內存不足時，不會被交換出去。內核和進程同時對數據緩沖區讀寫，為了保證數據的一致性，對該區域的訪問不應該經過CPU內部的緩沖區，所以用pgprot_noncached設置非緩沖標志。
　　
mmap系統調用返回一個進程虛擬地址，該地址就是vma->vm_start字段，進程對該虛擬地址的訪問，最終變為對物理地址CACHE_PHY的訪問。
　　
2．3 數據緩沖管理
　　
緩沖管理的主要任務是，當ARM接收到新的一幀時，為其分配相應的緩存，并將在物理地址重映射到進程虛擬地址。當應用程序處理該幀時，緩沖管理負責內存區域的回收。
　　
當Linux內核啟動時，可以傳人參數mem=PHY_LEN，指定存儲空間的大小。在本例中，內核啟動時為HPI驅動預留8 MB的高端物理內存。在本例中，借助Linux中對普通外設I／O內存(PCI卡內存等)管理的思想，用高度為2的樹表示一塊連續的區域。該數據結構的優點在于，資源分配簡單，把離散的小內存合并為一塊連續的大緩沖區的算法復雜度為O(1)。具體實現請參閱內核源碼中resource結構相關部分。
　　
重映射新一幀視頻數據到進程虛擬地址是緩沖管理的另一任務。因為前一幀數據物理地址已經映射到進程虛擬地址，需要先將前幀物理地址與進程虛擬地址的映射關系去掉，然后重映射當前幀數據到進程虛擬地址。去掉物理地址與進程虛擬地址的映射關系由內核函數zap_page_range完成，調用該函數后，如果進程再訪問該虛擬地址，內核會產生缺頁中斷。這時再用remap_page_range建立當前幀數據物理地址與進程虛擬地址間的映射關系，進程就可以通過同一虛擬地址訪問當前幀的數據了。該方法的意義在于，進程不用頻繁調用mmap建立物理地址與虛擬地址的映射，只用調用一次，當有新數據到達時，驅動自動將新幀數據映射到先前的進程虛擬地址，提高了進程處理視頻數據的效率。實現代碼如下：

　　
結 語
　　
在當前視頻處理平臺上，視頻處理、視頻傳輸、復雜任務管理等工作一般都是由一塊DSP處理器單獨完成，結合其他嵌入式微處理器協同工作的技術方案剛剛起步。經測試，在基于本文提出的高速通信方法設計的視頻處理平臺上，TMS320DM642與AT9lRM9200間的通信速率可以達到50 Mbps，帶寬足夠用來傳輸MPEG等壓縮視頻數據。如果用HPl32模式，速度還會大幅度提高。同時，因為Linux系統的實時性不是很強，如果采用其他實時性強的操作系統，如Vxworks等，系統性能還會有大的提高。