基于双核ARM和DSP的通信接口驱动设计与实现研究

文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :1672-3791(2012)05(c)-0007-02
随 着 视 频 处 理 、计 算 机 、通 信 、自 动 化 控 制 等 相 关 技 术 的 不 断 发 展 ,也 随 着 社 会 环 境 的 不 断 变 化 ,出 现 了 以 数 字 化 、智 能 化 、网 络 化 为 主 要 特 征 的 监 控 系 统 。监 控 系 统可以用于校园安全监控,考试监控,城市 交 通 监 控 等 方 面 ,能 够 给 人 们 带 来 良 好 的 生活环境。
２ Ｌｉｎｕｘ下ＨＰＩ驱动程序框架 在 L in u x 中 , 设 备 被 分 为 字 符 设 备 、块 设
备 和 网 络 设 备 三 种 ,所 有 设 备 都 看 成 普 通 文 件 ,因 此 可 以 用 操 纵 普 通 文 件 相 同 的 系 统 调 用 来 打 开 、关 闭 、读 取 和 写 入 设 备 。系 统中每个设备都用一种设备特殊文件来表 示。
HPI(Host-Port Interface)主机接口,是 德 州 仪 器(TI)公司在新一代、高性能DSP芯 片上配置的与主机进行通信的主机接口。 它 与 主 机 之 间 能 实 现 并 行 、高 速 的 数 据 传 输。在 目 前TI流 行 的DSP芯 片 中 都 配 有HPI 接 口 。通 过 H PI接 口 , 主 机 可 以 非 常 方 便 地 访问DSP的所有地址空间,从而实现对DSP 的 控 制 。TMS320DM642的HPI接 口 是 一 个 32位宽的并行端口。 １．１ ＨＰＩ 接口读写的流程
嵌入式视频监控系统主要是由采集部 分 ,编 码 部 分,传 输 部 分,显 示 部 分 和 控 制 部 分 组 成 [1]。而 基 于 A R M处 理 器 的 嵌 入 式 系 统 以其自身资源丰富、功耗低、价格低廉、支持 厂商众多的缘故,越来越多地应用在各种需 要复杂控制和通信功能的嵌入式系统中。作 为数字处理专用电路,DSP的数字信号处理 能 力 十 分 强 大 ,但 对 诸 如 任 务 管 理 、通 信 、人 机交互等功能的实现较为困难。如果将这两 者结合起来,即由DSP结合采样电路采集并 处 理 信 号 , 由 ARM处 理 器 作 为 平 台 , 将 经 过 DSP运 算 的 结 果 发 送 给 用 户 程 序 进 行 进 一 步处理,然后提供图形化友好的人机交互环 境 完 成 数 据 分 析 和 网 络 传 输 等 功 能,就 会 最 大 限 度 的 发 挥 两 者 所 长 [2]。
(1)hpi_read。 hpi_read的 作 用 是 为 应 用 程 序 提 供 接 口,实现把DSP DM642内存从某一地址开始 的N个字节拷贝到用户空间中,这样应用程 序就可以对DM642内存中的数据进行操作。 hpi_read的实现主要分为以下两步。 (1)从HPI接口读取DSP DM642内存中 数 据 放 入 内 核 的 缓 冲 区 ;(2)把 数 据 从 内 核 缓冲区拷贝到用户缓冲区。 实 现 原 理 如 图 1。 (2)hpi_write。
２８２．２ １６６．６ ２３７．２
四个字节
５７．６ ９２ ５８．６ ９２．２
(1)读 取 数 据 流 程 。 ①主机等待HPIC的HRDY位为1;②主 机 将 要 读 取 的 DSP地 址 空 间 中 的 地 址 写 入 HPIA寄 存 器 ;③ 主 机 写 1到 HPIC的 FET CH 位 ;④ 主 机 等 待 HRDY位 为 1;⑤ 主 机 读 HPID,得 到 要 的 数 据 ;⑥ 如 果 读 取 是 在 自 增 模 式 下 ,即 要 继 续 读 取 下 一 地 址 的 数 据 , 跳 转 到 ④ 。如 果 读 取 同 一 地 址 的 数 据,跳 转 到 ③ 。如 果 读 不 同 地 址 的 数 据 ,跳 转 到 ② 。 (2)写 入 数 据 。 ①主机等待HPIC的HRDY位为1;②主 机将要写入数据的DSP地址空间中的地址 写 入 HPIA ;③ 主 机 写 HPID。如 果 要 再 次 写 入 ,跳 转 到 ① 。
本文介绍了一种我们自行研究开发的 基于双核ARM和DSP的嵌入式视频监控系 统 。该 系 统 A R M 处 理 器 采 用 的 是 C i rr u s Log ic公 司 的 EP9 315,D SP采 用 的 是 TI公 司 的TM320DM642。这样既可以充分利用DSP 强大的数据处理能力,又能发挥ARM处理
内 核 空 间
用 户 空 间
图 １ ｈｐｉ＿ｒｅａｄ 实现原理图
表 １ 各个接口读写时间（ 单位： 微秒）
数据大小 接口 ｍ ｍ ａｐ 读数据
１Ｍ １１３４９２．４
１Ｋ １６７．４
ｒｅａｄ ｍ ｍ ａｐ 写数据 Ｗ ｒｉｔｅ
２０３７６７．４ １１１４４６．６ １５０８６６．２
信 息 技 术
科技资讯 ２０１２ ＮＯ．１５
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
基于双核 Ａ Ｒ Ｍ 和 Ｄ Ｓ Ｐ 的通信接口驱动设计与实现研究
杨睿峰 （ 北京环球信息技术开发中心 北京 １ ０ ０ ０ ９ ４ ）
摘 要:随着市场对监控终端产品的需求越来越大,越来越多的人开始关注这个新兴产业,基于此,介绍了一种自行研究开发的基于ARM
和DSP双处理器芯片为硬件平台,在ARM处理器上采用了源代码公开的嵌入式Linux作为操作系统嵌入视频监控终端,详细分析该系统中
两个处理器芯片DSP与ARM之间HPI数据传输模式和驱动接口,并结合实际出现的传输性能的问题进行了详细的分析和研究。
关键词:嵌入式 ARM DSP 双核心 HPI
中 图 分 类 号 :TP3
工 作 ,这 样 应 用 程 序 就 可 以 得 到 需 要 的 数 据 ;write接 口 则 需 要 先 完 成 把 数 据 从 用 户 空 间 向 内 核 空 间 的 拷 贝 工 作 ,然 后 在 内 核 中 把 数 据 写 入 DS P的 内 存 地 址 中 ;mma p因 为 完 成 了 内 存 映 射 的 功 能 ,所 以 不 需 要 数 据从内核空间向用户空间的拷贝工作。
hpi_write的 实 现 主 要 分 为 以 下 两 步 。 ①把数据从用户缓冲区拷贝到内核缓 冲区;②内核缓冲区的数据通过HPI接口写 入DSP DM642内存中。 (3)hpi_mmap。 h pi_ mma p 要 实 现 的 功 能 是 向 上 层 的 应 用 程 序 提 供 接 口 。当 应 用 程 序 使 用 mma p 系 统调用时,它再调用驱动层的hpi_mmap,通 过hpi_mmap实现分配内核缓冲区并把这段 内 核 缓 冲 区 映 射 给 用 户 空 间 ,映 射 完 毕 后 返 回 这 段 缓 冲 区 的 首 地 址 给 应 用 程 序 ,这 样用户就可以非常方便地使用内核分配的 内存空间了。 hpi_mma p的 实 现 主 要 分 为 以 下 两 步 。 ① 在 内 核 中 分 配 缓 冲 区 ;② 把 内 核 的 缓冲区映射到用户空间。 ２．２ Ｈ Ｐ Ｉ 驱动程序中不同接口的性能分析 从上面对这些接口实现的描述可以看 出 在 读 数 据 时 , 用 户 可 以 使 用 read和 mmap 接口,在写数据时可以使用write和mmap接 口 。从 接 口 的 实 现 上 ,这 些 接 口 又 有 些 差 别 。具 体 地 讲 ,read接 口 是 先 把 应 用 程 序 需 要 的 数 据 通 过 H PI接 口 从 D SP的 内 存 地 址 中读出,放到内核中开辟的缓冲区,然后完 成内核空间的数据向用户空间数据的拷贝
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hpi_write的 作 用 是 把 用 户 空 间 中 的 数 据写入DSP DM642内存某个地址开始的N 个字节。
由于read,write接口需要完成一次拷贝 工 作 ,而 mmap接 口 却 不 需 要 ,这 就 会 产 生 读 写 性 能 上 的 差 异 ,现 在 我 们 就 来 定 量 地 测试这些接口在性能上的差异。
在这里,我们可把用于读取数据的read 和 mmap接 口 放 在 一 起 测 试 ,由 上 一 节 在 用 read接口读取数据的流程中,我们测试(2)、 (3)两 步 所 用 的 时 间 ,用 mmap读 时 ,我 们 测 试 第 (3)步 所 用 的 时 间 ;同 样 我 们 把 用 于 写 入 数 据 的 write和 mmap接 口 放 在 一 起 进 行 测 试 ,在 write写 入 数 据 的 流 程 中 ,我 们 测 试 (2)、(3)两 步 所 用 的 时 间,用mmap写时,我们 测 试 第 (3)步 所 用 的 时 间 。对 于 读 写 数 据 的 量 ,我 们 分 别 对 1M,1K和 四 个 字 节 的 数 据 进行测试。
器在控制方面的优势。
１ ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２ 的 ＨＰＩ 接口 在传统的单片机与主机进行接口时,
需 要 外 扩 必 要 的 硬 件 电 路 。当 单 片 机 需 要 与主机共享RAM时,需在片外扩展RAM及 触 发 、锁 存 等 芯 片 , 然 后 主 机 通 过 D M A 方 式 访 问 该 扩 展 RA M, 这 样 一 来 主 机 可 以 随 机 或 整 块 地 访 问 、共 享 RAM。另 外 , 在 片 外 至 少需要扩展一片锁存器使得单片机可以中 断主机。TI的TMS320DM642 HPI接口将以 上功能集成到DSP内部,使其与主机的连接 变 得 非 常 简 单 。而 且 由 于 H PI 是 集 成 到 片 内 的,主机可以达到很高的访问速度,满足了 数字信号处理中高速度的要求。
信 息 技 术
快 。因 此 ,我 们 可 以 在 读 写 大 块 数 据 时 , 使 用 mmap接 口 ,这 样 可 以 提 高 速 度 ;而 在 读 写 小 数 据 量 时 ,因 为 接 口 的 差 异 不 是 时 间 消 耗 的 主 要 方 面 ,且 从 上 一 小 节 read和 write接 口 的 读 写 流 程 看 , 它 们 使 用 起 来 比 较 简 单 ,所 以 在 小 数 据 读 写 时 可 以 考 虑 使 用 read和 write。