面向多核DSP及SoC的平臺軟件解決方案

　　前言

　　隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，1982年世界上誕生了第一代DSP芯片TMS32010及其系列產(chǎn)品。這種DSP器件的運算速度比傳統(tǒng)的微處理器快了幾十倍，尤其在語言合成和編碼譯碼器中得到了廣泛應(yīng)用。DSP芯片的問世是個里程碑，它標(biāo)志著DSP應(yīng)用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進(jìn)了一大步。至上世紀(jì)八十年代中期，隨著CMOS工藝的DSP芯片應(yīng)運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)。

　　上世紀(jì)八十年代后期第三代DSP芯片問世，運算速度進(jìn)一步提高，其應(yīng)用范圍逐步擴大到通信、計算機領(lǐng)域。到上世紀(jì)九十年代相繼出現(xiàn)了第四代和第五代DSP器件。第五代DSP產(chǎn)品與上一代相比，系統(tǒng)集成度更高，將DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。隨著芯片工藝的不斷提升，多核DSP及多核SoC漸漸成為主流。

　　目前多核CPU、DSP以及融合DSP、CPU的SoC芯片技術(shù)日趨成熟， 多核DSP及SoC被越來越多的應(yīng)用到通信、軍工、工控、醫(yī)療等設(shè)備當(dāng)中，例如TI公司的C66系列以及Freescale的B系列。由于多核處理器及多核SoC的芯片硬件極其復(fù)雜，相應(yīng)出現(xiàn)很多新挑戰(zhàn)，例如，如何簡化多核軟件設(shè)計過程，如何充分的發(fā)揮多核處理器性能，如何管理共享外設(shè)，如何進(jìn)行多核異構(gòu)系統(tǒng)的調(diào)試，如何實現(xiàn)多核間的高效通信等，這些課題使得對平臺軟件的需求也就呼之欲出。

　　Enea公司結(jié)合了其幾十年的平臺軟件經(jīng)驗，針對多核CPU/DSP/SoC的復(fù)雜環(huán)境，推出了一系列的平臺軟件解決方案。這些產(chǎn)品及方案被廣泛地使用在通信、航空、航天、船舶和軍工國防等領(lǐng)域中。

　　面向多核DSP及SoC的平臺軟件方案的特點

　　1 平臺軟件的定義

　　在大型的嵌入式系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)功能由機架上的業(yè)務(wù)子板來實現(xiàn)。子板上的軟件一般分為驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層（應(yīng)用、協(xié)議、算法和運維部分）。一般把驅(qū)動層和操作系統(tǒng)層統(tǒng)稱為平臺軟件層。平臺軟件層負(fù)責(zé)管理硬件資源，為應(yīng)用層提供包括資源分配、任務(wù)調(diào)度、冗錯處理、文件系統(tǒng)接口、IP協(xié)議棧、外設(shè)管理、驅(qū)動接口封裝等服務(wù)。

　　可以說一切應(yīng)用層的設(shè)計，都是基于平臺軟件層的架構(gòu)來實現(xiàn)。一個優(yōu)秀的、功能豐富的平臺軟件層，可以使應(yīng)用層的設(shè)計實現(xiàn)變得尤為簡單，其高可靠性又可使整個系統(tǒng)變得更為強壯。

　　對于多核DSP及SoC來說，由于硬件架構(gòu)的日益復(fù)雜，對于平臺軟件的功能及性能提出了更高的要求。

　　2 目前面臨的問題

　　由于多核處理器及多核SoC的芯片硬件極其復(fù)雜，如何簡化多核軟件設(shè)計過程、如何充分的發(fā)揮多核處理器性能、如何管理共享外設(shè)，如何進(jìn)行多核異構(gòu)系統(tǒng)的調(diào)試，如何實現(xiàn)多核間的高效通信， 這一切對軟件設(shè)計者提出了更大的挑戰(zhàn)。

　　在多核DSP及SoC的硬件架構(gòu)下，一個優(yōu)秀的商用平臺軟件，可以幫助系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)者，簡化多核軟件設(shè)計過程、充分的發(fā)揮多核處理器性能、實現(xiàn)多核間的高效通信、管理共享外設(shè)、簡化多核異構(gòu)系統(tǒng)的調(diào)試，從而幫助客戶加快產(chǎn)品的市場化速度。

　　Enea面向多核DSP及SoC的平臺軟件解決方案

　　1 Enea平臺軟件解決方案

　　Enea是全球網(wǎng)絡(luò)和終端軟件供應(yīng)商的領(lǐng)導(dǎo)者，專注于通信領(lǐng)域?qū)崟r操作系統(tǒng)和平臺軟件。

　　結(jié)合公司幾十年的平臺軟件經(jīng)驗，針對多核CPU/DSP/SoC的復(fù)雜環(huán)境，Enea推出了一系列的平臺軟件解決方案。例如，在基站設(shè)備中，Enea推出了針對基于多核處理器的基站的平臺軟件解決方案。

　　Enea的平臺軟件方案由四部分組成，包括面向多核CPU的OSE/Linux操作系統(tǒng)、針對多核DSP的OSEck操作系統(tǒng)、DSP集群管理軟件dSPEED和Enea系統(tǒng)級調(diào)試工具Optima。目標(biāo)系統(tǒng)上的各個實體由Enea 分布式透明傳輸模塊LINX連接起來。

　　Enea的平臺軟件解決方案為多核DSP和S oC的目標(biāo)系統(tǒng)提供了完整的軟件架構(gòu)、豐富的調(diào)試監(jiān)測功能以及簡單實用的高可靠通信的IPC工具。

　　在DSP側(cè)，E n ea的O SE c k操作系統(tǒng)為DSP的軟件架構(gòu)和編程提供了可靠的選擇。OSEck是Enea專門針對DSP進(jìn)行優(yōu)化的精簡高效的實時操作系統(tǒng)，也一款優(yōu)秀的面向DSP的商用操作系統(tǒng)。OSEck支持Freescale、TI、LSI、A D I、C E VA等幾乎所有的最新DSP處理器，與O S E相同的應(yīng)用層A P I接口、為每款DSP專門優(yōu)化的內(nèi)核、小至10KB footprint、豐富的BSP及應(yīng)用模塊（例如Timeout server、針對DSP優(yōu)化的IP協(xié)議棧、CoreDump模塊等）為程序的設(shè)計以及系統(tǒng)的出錯追蹤提供了更多的可能性。

　　在C PU側(cè)，提供Enea的實時的商用Linux操作系統(tǒng)或Enea針對CPU的硬實時操作系統(tǒng)OSE5.x。OSE5.x是Enea針對多核CPU作專門優(yōu)化的操作系統(tǒng)，O S E 5.x獨有的XM P模式既有SM P模式的簡單易用性，又具有AMP模式的性能，為平臺軟件C PU側(cè)的軟件架構(gòu)設(shè)計提供了方便。OSE的直接消息傳遞機制和集中式錯誤處理大大簡化了編程的工作，OSE豐富的模塊、文件系統(tǒng)、I P協(xié)議棧、動態(tài)加載模塊、LINX工具、ramlog工具、Optima系統(tǒng)級調(diào)試工具等這一切功能都節(jié)約了開發(fā)工作時間，加快了產(chǎn)品化速度。

　　dSPEED模塊用于監(jiān)控和管理CPU和DSP陣列，負(fù)責(zé)DSP的加載復(fù)位、日志的收集、DSP和C PU上任務(wù)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及CoreDump的收集。dSPEED把CPU和DSP的復(fù)合系統(tǒng)融合為一個整體，負(fù)責(zé)各個實體間通信的是Enea的分布式透明傳輸模塊LINX。LINX支持幾乎所有的物理通信介質(zhì)包括共享內(nèi)存、以太網(wǎng)、sRIO、PCI等。統(tǒng)一了核間、同構(gòu)/異構(gòu)處理器間乃至板間的通信接口，并提供保證鏈路可靠性的機制，使分布式系統(tǒng)間的通信猶如在同一個核內(nèi)通信那么簡單。LINX的出現(xiàn)大大簡化了分布式系統(tǒng)的程序設(shè)計。如圖2所示。如圖3所示是LINX的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖示圖。