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基于DSP的HPI接口的視頻數據傳輸系統設計方案解析

2017-10-25 | rar | 0.4 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

引 言
  在視頻監控、遠程視頻播放等系統中,通常需要將視頻圖形數據通過網絡傳輸到遠程處理機上。作為數字信號處理專用處理器DSP雖然在視頻壓縮等方面有很大的優勢,但對諸如任務管理,網絡通信等功能的實現較困難。運行于通用嵌入式處理器的Linux操作系統,開源,可以根據需要修改內核,支持各種網絡協議,并且其任務調度機制性能卓越。綜合二者的優點,嵌入式視頻平臺可以由DSP完成圖形處理功能,并通過高速接口把視頻數據傳輸給嵌入式微處理器,然后由嵌入式Linux系統完成網絡傳輸功能。
  目前DSP與微處理器之間的高速通信方式有以下幾種:共享內存,此種技術對軟硬件的設計要求都非常高,同樣效率也最高;通用高速總線接口,如PCI、 USB等,這種類型的通信方式采用復雜的鏈路協議,軟件設計困難;專用接口,如TI公司DSP提供的HPI(Host Port Inter-face)。本文研究了TMS320E)M642的HPI接口,并提出一種在TMS320DM642和AT91RM9200間高速通信的軟硬件實現方案。通過HPI接口,TMS320DM642可以高速地將實時視頻數據傳輸給AT91RM9200;在AT91RM9200上,Lnux驅動實現存儲器映射I/O和物理內存重映射,避免了視頻數據在應用程序與內核之間的二次拷貝,提高了應用程序的網絡發包效率。
  1 HPI接口硬件設計
  HPI是一種并行接口,支持32位(HPl32)和16位(HPll6)數據總線,通過HPI的數據寄存器(HPIDA、HlPIDF),ARM可以間接存取DSP的存儲空間。在DSP內部,數據從存儲單元到HPI數據寄存器的傳輸,是由EDMA(增強DMA)控制器完成的。
  HPI控制器的外圍引腳包括HD[0-31]、數據總線。HCNTL[O-1]是寄存器訪問控制線,HPI控制器有4個寄存器,通過這兩根控制線,DSP 可以確定ARM要訪問的寄存器。其中,HPIA地址寄存器,存放當前訪問單元的地址;HPIC為控制寄存器,實現各種控制命令;HPIDA自增長數據寄存器,每訪問一次該寄存器HPIA的內容加4;HPIDF固定地址數據寄存器,與HPIDA不同之處在于,訪問該寄存器后HPIA的內容不變。HHWIL,高低位訪問控制線,它只用于HPll6模式中,該控制引腳決定寄存器的高或低16位被主機訪問。HR/nW,HPI控制器4個寄存器的讀寫控制線。 HDSl、HDS2和HCS,其中HDSl、HDS2可連接ARM的讀、寫控制線,HCS連接ARM的nCS7片選線,三者在DSP內部組合形成一個 HSTROBE信號,當HCS低有效并且HDSl或HDS2的讀或寫低有效,決定數據寄存器(HPIDA、HPIDF)的讀或寫操作。HAS,地址鎖存線,當主機的地址線與數據線復用時,主機可用該控制線通知。DSP鎖存地址;其他不用該控制線情況時,應接高電平。nHRDY,DSP輸出線,表示HPI 總線是否可訪問。nHINT,中斷輸出線,用于中斷ARM。
  DSP與ARM接口電路如圖1所示。采用HPI16模式,16根數據線通過16245數據隔離器接到ARM數據總線的低16位,將HPI的片選空間置于 ARM的nCS7片選線上,HR/nW讀寫信號經反向器接到ARM的AB4地址線,HCNTL[O-1]與ARM的地址線AB[2-3]相連,則HPI的 4個寄存器的讀基地址為0x80000000,寫基地址為0x80000010。在ARM端從這兩個地址開始訪問,相應地對HPI 4個寄存器訪問。
  基于DSP的HPI接口的視頻數據傳輸系統設計方案解析
  ARM通過HPI讀寫DSP數據空間,須按以下三步順序執行:首先,對HPIC寄存器初始化,主要針對HPI16模式最低位HWOB位設置,決定數據傳輸格式是按高半字在前(設置為0),還是低半字在前(設置為1),該位對于HPI32模式無效,可不設置;然后,對HPIA寄存器初始化,設置訪問單元的地址;最后通過讀寫數據寄存器(HPIDA、HPIDF)實現數據讀寫操作,其中讀寫HPIDA寄存器是完成連續地址單元讀寫操作,讀寫HPIDF寄存器是完成固定地址單元讀寫操作。注意,在ARM讀寫的過程中,如果DSP的nHRDY控制線一直為高,表示HPI數據總線未準備好,ARM的讀寫操作必須等待;當nHRDY為低后,ARM才繼續向下執行指令。
  2 Linux驅動設計
  Linux雖然是一種整體式操作系統,但允許在運行時動態加載或刪除功能模塊。這個特點方便了驅動功能模塊的開發。Linux系統支持兩種模塊調用方式:一種是靜態編譯,直接編譯進內核,在系統啟動時就運行;另外一種是動態加載,在內核運行時,用insmod/rmmod實現模塊的加載和刪除功能。在嵌入式系統開發中,一般采用動態加載方式,避免了系統頻繁重啟。當最終發布產品時,可以把模塊直接編譯進內核。這種處理方式比較簡單,且效率高。
  Linux系統中,內存地址主要涉及以下幾個概念:物理地址、內核虛擬地址(包括內核邏輯地址)和進程虛擬地址。在內核層,當內核要訪問某內存空間時,用的是內核虛擬地址,再由MMU(存儲器管理單元)將內核虛擬地址轉換為物理地址。采用虛擬內存技術,每個進程都有互不干涉的虛擬空間。三者直接映射的關系如圖2所示,其中內核函數zap_page_range完成去掉物理地址與進程虛擬地址映射關系的功能。
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