基于GIO/FVID的DSP視頻驅動程序

　　隨著時代的發展，DSP技術在遠程監控、可視電話、工業檢測等視頻處理領域得到了廣泛的應用，對于不同的視頻處理系統，會使用不同的視頻設備，所以有必要為視頻沒備設計驅動程序，為高層應用程序提供統一的接口來操作底層硬件。只要是遵循此驅動程序接口標準開發的高層應用程序，都可以在具有相同接口的不同硬件平臺上運行，具有很好的通用性和可移植性。同時高層應用程序設計人員只要會使用設備驅動程序提供的API接口，就不必了解底層硬件的具體實現，可以大大提高整個視頻系統的開發效率。

　　對于視頻設備，TI公司也提出了對應的視頻設備驅動程序模型，但這些模型主要是針對6000系列高端DSP，甚至是DM64X這樣的視頻處理專用DSP設計的。而TMS320F2812(簡稱F2812)DSP這樣的低端處理器，內部存儲空間較小，且沒有DM64X那樣專用的視頻接口。本文針對這類問題，提出了對TI視頻驅動模型進行簡化和改造的方法，使視頻設備驅動程序占用盡量少的系統資源，來完成對視頻硬件設備的操作。這種視頻驅動模型的裁減方法，對于使用低端處理器的視頻處理系統具有借可鑒性。

　　1、基于DSP／BIOS的外設

　　TI公司為開發DsP的外設驅動程序，推出了DSP／BIOS Device Driver kit，定義了標準的設備驅動模型，并提供了一系列的API接口。如圖1所示，外設驅動程序分為兩層：

　　①類驅動(class driver)。類驅動程序用來為應用程序提供接口。這部分程序與設備無關，主要功能包括維護設備數據緩沖區，向上提供API接口供應用層程序調用，并協調應用程序對外設操作的同步和阻塞；向下提供適配層與迷你驅動層相連，實現API接口函數到迷你驅動層程序的映射。類驅動程序與硬件無關，只要外設驅動模型選定了，類驅動程序就定下來了，不需要做多少修改。

　　②迷你驅動(mini driver)。迷你驅動程序與設備相關，所以設計迷你驅動程序是外設驅動開發中的重點。迷你驅動程序與類驅動層的接口格式是統一的，但迷你驅動程序對底層硬件的操作是根據硬件平臺的不同而變化的。迷你驅動接收類驅動層發出的IOM_Packet命令包，決定對底層硬件進行什么樣的操作。

　　外設驅動程序模型又可以分為以下3類：

　　①PIP/PI0模型。基于數據管道的I／O模型，每個管道都在維護自己的一個緩沖區。當數據寫入緩沖區，或從緩沖區取出數據時，便會激發notifyReader和notifyWriter函數實現數據的同步。

　　②SIO／DIO模型。基于數據流的I／O模型，一個數據流是單向的，要么是輸入，要么是輸出，而且SIO／DIO模瓔使用異步方式來操作I／0，對于數據的讀寫、處理可以同時進行。

　　③GI0模型。通用的I／O模型，靈活性很強，且沒有適配層，直接操作迷你驅動程序，主要用來設計新型的設備驅動模型。

　　2、視頻處理系統硬件平臺

　　硬件平臺如圖2所示。系統以TI公司的F2812 DSP作為中心處理器，以模擬攝像機進行視頻信號采集，再使用SAA7111視頻解碼芯片將其轉換為BT601格式的數字視頻信號。DSP將數字視頻信號處理后，再寫入輸出幀緩存AL422中，并控制視頻編碼芯片ADV7177，將其轉換為模擬電視信號輸出。整個系統以l片CPLD——IspMachLC4128來協調各個芯片之間的時序關系。

　　3、視頻設備驅動程序開發

　　3．1 設備驅動程序模型的選擇

　　如上文介紹，常用的驅動程序模型包括3類：PIO、SIO和GIO。比較這3種模型可以知道：PIO支持更底層的通信，適合設計比較簡單的外設驅動程序。例如在TI公司的6X11DSK板上實現的音頻采集和回放，一般都是基于PIO模型的。而SIO模型具有很好的緩沖器分配回收機制，比較適合描述視頻設備，但是SIO的很多功能在本系統中使用不到，而且GIO模型設計的目的就是針對特殊硬件的新型設備，所以最終考慮使用GIO設備驅動模型。

　　TI公司最初設計的GIO模型其實是有缺陷的，主要在數據緩沖區管理的問題上，應用程序在取得緩沖區進行數據處理之后，卻無法將緩沖區返回設備驅動程序。于是TI公司在推出DM6北這一款主要用于視頻處理的DSP芯片的同時，對GIO模型進行了改進，提出了專門針對視頻設備的FVID模型。FVID模型是建立在GIO模型之上的，以FVID_alloc、FVID_exchangc、FVID_free函數對GIO模型中的GIO_submit函數進行封裝，解決了GIO模型中驅動程序不能回收緩沖區的問題。

　　此外FVID模型還專門設計了FVID_frame結構。此結構中包含了常用的視頻信號的信息，如行數、列數、YUV結構、場頻等，很適合描述視頻數據幀。但FVID主要是針對DM64X系統設計的，DM64X的很多功能在F2812 DSP上都不具備。所以本設計針對F2812 DSP視頻處理系統，對FVID模型進行了一定的簡化，保留類驅動程序，而重寫了迷你驅動層程序。

    3.2 視頻處理程序運行流程

　　在設計完成的視頻驅動程序基礎上，開發一個典型的視頻處理應用程序，其運行流程如圖3所示。首先使用FVID_create函數建立GIO_capture和GIO_play兩個視頻通道．再以GIO_capture通道的FVID_control函數發出cmd_start，采集到1幀視頻數據。應用程序以GIO_capture通道的FVID_alloc函數向驅動程序申請采集到的數據幀，進行處理后再以FVID_exchange函數將修改后的數據幀返回驅動程序，最后再調用GI0_play通道的FVID_control函數發出cmd_display命令將數據幀輸出。由圖3可以看到，應用程序調用的這些FVID_XXX接口函數會自動由類驅動程序層層向下映射，到達迷你驅動層程序；而迷你層程序可以直接操縱底層硬件設備，來完成整個視頻的采集、處理和顯示的過程。

　 　3.3 迷你驅動程序的設計

　　迷你層驅動程序足整個設計的重點所在，下面詳細介紹其實現方法。迷你層驅動程序主要由表1所列的幾個函數組成。

　　對各個函數的具體實現如下：

　　①mdBindDev函數。在應用程序建立設備接口(如FVID_create函數)時被調用，完成對外部設備的初始化。而與其對應的是md_UBindDev函數，使用nadUBindDev函數會使設備處于無效狀態，不能再使用。

　　②mdCreateChan函數。使用此函數為應用程序和驅動程序建立通信通道，同時為每個通道申請緩沖區。在TI公司發