基于異構多核全高清H264解碼系統設計

　　2系統設計

　　全高清H264解碼任務由主處理器Cortex-A9和協助處理器Cortex-M3共同完成，Cortex-A9主要負責從多媒體文件中或網絡數據流中進行數據的讀取、多媒體數據包過濾分離視頻流和音頻流、構建RPMsg控制消息進過virtio緩存封裝發送給協處理核Cortex-M3以設置IVA-HD加速引擎的控制參數、向協處理器發送多媒體數據包進行H264解碼、在協處理器完成解碼任務后接收圖像并通過DRM API及KMS模塊繪制到屏幕上。

　　平臺上有兩個Cortex-M3處理核，分為Sys M3和App M3，都運行TI BIOS實時操作系統，其中Sys M3主要負責創建與Cortex-A9通信的virtio緩存隊列，對程序執行流程和CPU負載情況進行記錄，接收A9發過來的緩存數據并進行參數解析，同時根據緩存中dst參數分派緩存到App M3的相應消息鏈表中。而App M3協處理器則完成實際的解碼工作，App M3將通過運用于嵌入式平臺的Codec Engine來完成對IVA-HD加速引擎的操作。App M3將提取消息鏈表中消息請求相應設置IVA-HD加速引擎的狀態和初始化參數，在進行實際解碼時會通過Codec Engine來調用IVA-HD加速引擎來完成解碼任務并將解碼結果通過緩存隊列發送回Cortex-A9處理器。整個系統解碼的框架圖如圖4所示：

　　圖4 H264解碼器工作框架圖

　　3系統實現

　　3.1 Cortex-A9軟件實現

　　Cortex-A9運行Linux操作系統，包括內核模塊omapdce.ko和virtio緩存、RPMsg總線驅動程序設計和ffmpeg多媒體庫及DRM顯示接口調用。

　　3.1.1 virtio緩存隊列實現

　　Virtio緩存隊列以共享散列表的方式和協處理器進行數據通信，通過中斷方式通知對方散列表的添加，包括以下幾個方面：

　　1)Irq_require()注冊中斷函數，Register_bus_type(“virtio”)向系統注冊virtio總線

　　2)Regsiter_virtio_driver(

　　3)系統在發現協處理器后將通過register_virtio_device(

　　4)virtio_bus->match(

　　3.1.2 RPMsg消息框架實現

　　RPMsg總線將掛載許多rpmsg_driver和rpmsg_device，和rpmsg_driver都有本地端口src和目的端口dst屬性，每次發送消息時會調用rpmsg_send((void*)data，src，dst)將消息添加到virtio的緩存隊列中，而當消息msg達到RPMsg總線時，總線把msg分配給dst屬性和msg->dst相同的rpmsg_driver，并調用rpmsg_driver->callback()進行消息處理。

　　3.1.3 omapdce.ko驅動模塊的實現

　　Omapdce.ko模塊將作為一個RPMsg driver，其實現了應用程序引擎相關API的內核實現，主要包括ioctl_engine_open()、ioctl_viddec_create()，ioctl_viddec_control()、ioctl_viddec_process()，他們提供了應用API engine_open、viddec_create()、viddec_control()、viddec_process()的驅動實現，這些驅動函數將調用RPMsg總線rpmsg_send()、rpmsg_recv()與協處理器進行消息通信以完成工作任務。

　　3.1.4解碼應用viddectest實現

　　H264解碼應用程序viddectest的工作主要分為以下幾個方面

　　1)Linux顯示接口DRM初始化，通過Drmopen()函數打開/dev/dri/card0設備文件，獲取設備資源drmModeGetResources()，創建幀緩存drmModeAddFB2()及設置輸出分辨率及模式drmModeSetCrtc()

　　2)FFmpeg媒體庫的調用，通過AVOpenStreamFile()打開多媒體文件，AVFindStream()分離出音頻流和視流，然后依次通過AVGetPacket()讀取視頻流數據包送去解碼器進行解碼。

　　3)加速引擎初始化和利用消息總線進行解碼數據通信，通過Engine_open()打開H264解碼引擎，Viddec3_create()創建一個解碼實例對象，Viddec3_control()設置解碼所需的參數，Viddec3_process()將用RPMsg消息總線送出解碼數據流并接收解碼后的圖像緩存數據，其流程圖如圖5所示：

　　圖5&6 應用viddectest流程圖&M3運行流程圖