ARM和DSP的通信和協(xié)同工作的解決方案和實現(xiàn)指南

　視頻監(jiān)控子系統(tǒng)是現(xiàn)代智能機器人設計中必不可少的一個部分，它需要采用DSP并根據(jù)某種算法對攝入的圖像進行處理和分析，它也需要采用ARM處理器對DSP進行協(xié)同管理和控制工作，目前開發(fā)工程師碰到的一個最大設計挑戰(zhàn)是：如何最高效率地實現(xiàn)ARM和DSP或協(xié)處理器的通信和協(xié)同工作？本文將詳細為您介紹解決這一技術挑戰(zhàn)的解決方案和實現(xiàn)指南。
　　德州儀器（TI）的第一顆達芬奇（DaVinci）芯片（處理器）DM6？46已經(jīng)問世快三年了。繼DM6？4x之后，TI又陸續(xù)推出了DM6？3x、DM35x、DM6？67、OMAP353x等一系列 ARM＋DSP或ARM＋視頻協(xié)處理器的多媒體處理器平臺。很多有很強DSP開發(fā)經(jīng)驗或ARM開發(fā)經(jīng)驗的工程師都轉到達芬奇或通用 OMAP（OMAP353x）平臺上開發(fā)視頻監(jiān)控、視頻會議及便攜式多媒體終端等產(chǎn)品。大家都面臨著同一個問題，那就是如何實現(xiàn)ARM和DSP或協(xié)處理器的通信和協(xié)同工作？TI的數(shù)字視頻軟件開發(fā)包（DVSDK）提供了Codec Engine這樣一個軟件模塊來實現(xiàn)ARM和DSP或協(xié)處理器的協(xié)同工作。有很多工程師反饋這個軟件模塊非常好用，節(jié)省了很多開發(fā)時間，也有工程師認為 TI提供的資料太多，不知如何快速上手。本文將從一個第一次接觸Codec Engine的工程師角度出發(fā)，歸納TI提供的相關資源（文檔，例程和網(wǎng)絡資源），并介紹相關開發(fā)調試方法幫您快速入門Codec Engine。
　　1．Codec Engine概述
　　如圖1所示，Codec Engine是連接ARM和DSP或協(xié)處理器的橋梁，是介于應用層（ARM側的應用程序）和信號處理層（DSP側的算法）之間的軟件模塊。ARM應用程序調用Codec Engine的VISA （Video， Image， Speech， Audio）API，如圖1中VIDENC_process（a， b， c ）。Codec Engine的stub （ARM側）會把參數(shù)a， b， c以及要調用DSP側process這個信息打包，通過消息隊列（message queue）傳遞到DSP。Codec Engine的skeleton（DSP側）會解開這個參數(shù)包，把參數(shù)a， b， c轉換成DSP側對應的參數(shù)x， y， z（比如ARM側傳遞的是虛擬地址，而DSP只能認物理地址），DSP側的server（優(yōu)先級較低，負責和ARM通信的任務）會根據(jù)process這一信息創(chuàng)建一個DSP側的process（x， y， x）任務最終實現(xiàn)VIDENC_process（a， b， c）的操作。
　　
　　圖1 達芬奇軟件結構框圖
　　2. Codec Engine入門第一步
　　有些初學者認為Codec Engine文件包結構復雜，很難找到自己想找的文檔或例子。其實在Codec Engine文件包的根目下有一個發(fā)布說明文檔，比如Codec Engine 1.20 根目錄下的release_notes_codec_engine_1_20.html。這個文檔就是你了解Codec Engine的開始，里面有關于該版本Codec Engine的介紹、相關文檔資料的鏈接、新的功能、支持哪些芯片、已知的bug、修正了哪些bug及例子等等的具體說明。具體如圖2藍色字體所示。瀏覽該文檔后，初學者至少可以知道哪里可以找到自己想要的文檔或例子。舉例來說，如果想找相關的文檔，點擊 Documentation就可以看到這個Codec Engine文件包里的文檔的鏈接。
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　　圖2 Codec Engine 1.20 Release Notes截圖
　　3．Codec Engine入門第二步
　　點擊Codec Engine的發(fā)布說明文檔 （如圖2）的Validation Info，我們可以知道Codec Engine 1.20需要和以下軟件模塊和工具配合使用：
　　* Framework Components 1.20.02
　　* xDAIS 5.21
　　* XDC Tools 2.93.01
　　* DSP/BIOS Link 1.40.05， configured for the DM6？46 EVM
　　* C6x Code Generation Tools version 6.0.8
　　* DSP/BIOS 5.31.05
　　* MontaVista Linux v4.0
　　* Red Hat Enterprise Linux 3 （SMP）
　　因此，我們需要在該Codec Engine安裝的DVSDK文件包下面檢查上面提到的軟件模塊和工具是否安裝，版本是否正確。否則，可能會編譯不過 Codec Engine的例子。那么，什么是 Framework Components，什么是xDAIS，什么又是XDC Tools呢？你可以分別到它們的根目錄下瀏覽它們各自的發(fā)布說明文檔，做一個總體的了解。
　　這里我們簡單介紹一下，可以幫助大家盡快找到和自己相關的重點及資源。
　　1）Framework Components是TI提供的一個軟件模塊，負責DSP側的memory 和DMA資源管理。因此，DSP算法工程師需要了解這個軟件模塊。http://tiexpressdsp.com/wiki /index.php？title=Framework_Components_FAQ
　　2）xDAIS 是一個標準，它定義了TI DSP算法接口的標準。這樣大大提高了DSP算法軟件的通用性。DSP算法工程師要寫出能被ARM通過Codec Engine調用的算法，必須保證自己的算法接口符合這個標準。因此，DSP算法工程師也必須了解這個軟件模塊。 http://tiexpressdsp.com/wiki/index.php？title=Category:XDAIS
　　3）XDC Tools和gmake類似，是一個工具。XDC根據(jù)用戶定義的一套build指令，通過調用用戶指定的ARM 工具鏈（Tool Chain）和DSP編譯器（C6x Code Generation Tools ）build出ARM側和DSP側的可執(zhí)行文件?？梢韵炔槐丶毦窟@個工具，只需通過編Codec Engine的例子，知道如何設置build指令就可以了。
　　4）DSP/BIOS Link是實現(xiàn)ARM和DSP之間通信的底層軟件，Codec Engine就是建立在這個底層軟件之上。在修改系統(tǒng)內存分配（缺省是256MB的DDR2）時，DSP/BIOS Link 1.38版本的用戶需要修改DSP/BIOS Link的配置文件，并重新build DSP/BIOS Link。而DSP/BIOS Link 1.40版本以后的用戶就無需此操作。http://tiexpressdsp.com/wiki /index.php？title=DSPLink_Overview
　　http://wiki.davincidsp.com/index.php？title=Changing_the_DVEVM_memory_map
　　5）C6x Code Generation Tools是Linux環(huán)境下C6000系列DSP的編譯器。我們用CCS開發(fā)DSP時都是用的Windows環(huán)境下的DSP編譯器。
　　6）DSP/BIOS 是TI 免費提供的DSP實時操作系統(tǒng)。和上面C6x Code Generation Tools一樣，這里的DSP/BIOS也是Linux環(huán)境下的版本。DSP系統(tǒng)工程師需要了解這個操作系統(tǒng)。http： //tiexpressdsp.com/wiki/index.php？title=CategorySPBIOS
　　4. Codec Engine入門第三步
　　開發(fā)ARM＋DSP平臺需要三類工程師：ARM應用程序工程師、DSP算法工程師和DSP系統(tǒng)工程師。而開發(fā)ARM＋協(xié)處理器平臺只需要ARM應用程序工程師。下面就讓我們針對這三類工程師做分別介紹。如果您使用的是TI或TI第三方的編解碼算法，就不需要關注DSP算法工程師的部分。如果使用ARM＋協(xié)處理器平臺，就只需關心ARM應用工程師的部分。
　　4．1 DSP算法工程師應該如何著手？
　　這里我們不討論如何開發(fā)DSP算法，只討論DSP算法工程師怎樣讓自己的算法可以被ARM通過Codec Engine調用。（參考http://www.ti.com/litv/pdf/sprued6c，這個文檔會講到codec package及相關的.xs和.xdc文件，Codec Engine1.20及以上版本的用戶可以先不細究這些內容，后面會介紹工具幫您自動生成這些文件。）
　　1）熟悉xDAIS和xDM標準。
　　xDM 只是xDAIS的擴展，因此，需要先了解xDAIS。在xDAIS 軟件包根目錄下的發(fā)布說明文檔里，可以很快找到關于xDAIS和xDM的文檔鏈接。http://focus.ti.com/lit/ug /spruec8b/spruec8b.pdf
　　在xDAIS安裝路徑下的examples/ti/xdais/dm/examples /g711有一個g711_sun_internal.c，這個算法不符合xDAIS標準。在同一個路徑下的g711dec_sun_ialg.c （decoder）和g711enc_sun_ialg.c （encoder）是封裝成符合xDM標準之后的編解碼算法。可以通過這個例子學習和了解如何把自己算法封裝成符合xDM標準的算法。
　　xDAIS 6.10及其以后的版本，包含了一個工具QualiTI，可以檢查您的DSP算法是否滿足xDAIS標準（但不會檢查是否滿足xDM）。具體請參考：http://tiexpressdsp.com/wiki /index.php？title=QualiTI_XDAIS_Compliance_Tool
　　2）熟悉 Framework Components。
　　Framework Components主要包括兩個模塊DSKT2和DMAN3，它們分別負責DSP側的memory 和EDMA資源管理。DSP算法使用的memory必須是先向DSKT2提出申請并由DSKT2分配得到的。同樣DSP算法使用的EDMA通道也是向 DMAN3申請并由DMAN3分配得到的。而關于QDMA的操作，是通過ACPY3這個模塊實現(xiàn)的。這樣的好處是很容易對DSP側不同的算法做整合，不同的算法之間不用擔心資源（Memory和EDMA）的沖突問題。
　　在Framework Components 軟件包根目錄下的發(fā)布說明文檔里，可以很快找到相關文檔的鏈接。在Framework Components安裝路徑下packages\ti\sdo\fc\dman3\examples有一個Fast Copy的例子，可以幫您理解如何基于Framework Components的ACPY3模塊實現(xiàn)QDMA的操作。
　　另外，有些用戶 DSP側的算法比較簡單，在確保不和ARM側EDMA資源沖突的前提下在算法里直接操作EDMA不使用DMAN3也是可以的。這樣做的弊端是和其它算法做整合時會遇到資源使用沖突的問題。
　　4．2 DSP系統(tǒng)工程師應該如何著手？
　　通常DSP算法工程師都會把自己的符合xDM標準算法編成一個.lib文件（或 .a6？P），供DSP系統(tǒng)工程師調用。DSP系統(tǒng)工程師最終build出一個DSP Server（也就是DSP的可執(zhí)行程序.x6？P，和CCS下編譯生成的.out類似）。（參考http://focus.ti.com/lit/ug /sprued5b/sprued5b.pdf，這個文檔會講到.xdc和.bld等文件，Codec Engine1.20及以上版本的用戶可以先不細究，后面介紹工具幫您自動生成這些文件。）
　　1）如果現(xiàn)在有一個.lib文件（或 .a6？P）（算法必須符合xDM標準），如何生成自己的DSP Server呢？下面URL有詳細的關于RTSC Codec and Server Package Wizard工具介紹，教您如何把一個.lib文件封裝成RTSC Codec 包和RTSC DSP Server包，并最終build出DSP的可執(zhí)行程序.x6？P。http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=RTSC_Codec_And_Server_Package_Wizards http://wiki.davincidsp.com/index 。.. work_with_the_DVSDK
　　2）如果您使用的是Codec Engine 1.20以前的版本，請參考Codec Engine安裝路徑下examples/servers/video_copy這個例子。這時就需要搞清楚sprued6c.pdf和 sprued5b.pdf中提到的.xdc和.xs等文件的功能，也可以在video_copy中的相關文件的基礎上修改手動創(chuàng)建出自己的RTSC Codec包和RTSC DSP server包。
　　3）創(chuàng)建好RTSC Codec 和RTSC DSP Server包之后，就是如何build出.x6？P的問題了。點擊圖2所示的Examples，就可以找到build Codec Engine例子的說明文檔的鏈接。按照這個文檔做一遍后，就可以對如何build Codec Server有一個清楚的了解。其中關鍵是修改user.bld和xdcpaths.mak文件，設置Codec Engine依賴的其它軟件模塊和工具的正確路徑。
　　4）如果自己的硬件DDR2大小和例子中的256Mbytes不一致，需要修改DSP的.tcf文件和其他配置。還有些工程師不清楚如何分配memory及如何決定具體段，如：DDRALGHEAP和DDR的大小，以及如何配置。/loadmodules里的參數(shù)都請參考： http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Changing_the_DVEVM_memory_map。
　　4．3 ARM應用程序工程師應該如何著手？
　　ARM應用工程師需要調用Codec Engine的VISA API，最終編出ARM側的可執(zhí)行程序，因此，必須根據(jù)自己的應用學習相關的VISA API、如何創(chuàng)建應用側Codec Engine的package及配置文件。（參考http://focus.ti.com/lit/ug/sprue67d/sprue67d.pdf，這個文檔也涉及到如何調試Codec Engine的內容）。
　　1）了解ARM應用程序調用Codec Engine的流程、VISA API和其他Codec Engine API。可以參考Codec Engine安裝路徑下examples/apps/video_copy的例子（較簡單）或者DVSDK安裝路徑下demos里的encode /decode/encodedecode例子（較復雜）。http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Configuring_Codec_Engine_in_Arm_apps_with_createFromServer
　　2）了解ceapp.cfg文件。sprue67d.pdf有相關介紹，可以先讀懂examples/apps /video_copy/ceapp.cfg。
　　3）用4.2 3）中提到的方法學習如何build ARM側的可執(zhí)行程序。
　　4）如何在多線程中調用codec engine，參考：http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Multiple_Threads_using_Codec_Engine_Handle
　　5）還可以參考以下三個文檔了解更多TI demo的ARM應用程序的結構、線程調度等具體的問題。
　　EncodeDecode Demo for the DaVinci DVEVM/DVSDK 1.2 （Rev. A） （spraah0a.htm， 8 KB） 27 Jun 2007 Abstract
　　Encode Demo for the DaVinci DVEVM/DVSDK 1.2 （Rev. A） （spraa96a.htm， 8 KB） 27 Jun 2007 Abstract
　　Decode Demo for the DaVinci DVEVM/DVSDK 1.2 （Rev. A） （spraag9a.htm， 8 KB） 27 Jun 2007 Abstract
　　5．使用中常碰到的問題
　　1）如果遇到問題可以先訪問http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Codec_Engine_FAQ。
　　2）有些工程師沒有DSP開發(fā)經(jīng)驗，或者暫時沒有仿真器通過JTAG調試DSP。可以參考下面網(wǎng)頁的內容，先做一個“Hello World”的例程對ARM和DSP如何協(xié)同工作有個感性認識。http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=How_to_build_an_ARM/DSP_Hello_World_program_on_the_DaVinci_EVM
　　3）很多工程師都是參考video_copy的例子，在它的基礎上把自己的算法加進去。因為有源代碼，這樣比較容易。但肯定要根據(jù)自己算法的需要修改ARM和DSP之間傳遞的buffer和參數(shù)，重要的是先保證ARM側的應用程序可以把buffer和參數(shù)正確傳遞到DSP，DSP可以把處理之后的buffer正確的傳到ARM側的應用程序。把這個通路打通之后，就比較容易定位問題是出在ARM應用程序還是DSP側的算法。另外，參考 video_copy例子時注意代碼的注釋，以便清楚哪一句代碼可以刪掉哪一句必須要修改或保留。如果要擴展xDM的數(shù)據(jù)結構請參考：http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Extending_data_structures_in_xDM。
　　4）Codec Engine DSP側會涉及到Cache一致性的問題。請參考：http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Cache_Management
　　5）關于Codec Engine系統(tǒng)調試，有以下幾種方法：
　　A.打開Codec Engine trace，通過打印信息看問題出在什么地方。比如engine_open失敗，DSP側不能創(chuàng)建codec 等等。
　　a）Codec Engine 2.0及以上版本，請參考：http://wiki.davincidsp.com/index 。.. g_Feature_in_CE_2.0
　　b）Codec Engine 1.x版本，請參考：http://wiki.davincidsp.com/index.php？title=TraceUtil
　　B.ARM 應用程序跑起來后，用仿真器連上CCS調試DSP側程序，參考：http://wiki.davincidsp.com/index.php？title=Debugging_the_DSP_side_of_a_CE_application_on_DaVinci_using_CCS
　　C.用Soc Analyzer可以做系統(tǒng)調試之外，還可以統(tǒng)計具體函數(shù)運行（ARM和DSP側）時間（benchmark）。請參考：http://tiexpressdsp.com/wiki/index.php？title=SoC_Analyzer
　　6）因為Codec Engine是介于ARM 應用程序和編解碼算法中間的軟件模塊，很多工程師非常想知道它的開銷（overhead），請參考：http://wiki.davincidsp.com/index.php？title=Codec_Engine_Overhead
　　7）如何在Linux環(huán)境下編DSP的匯編或線性匯編程序？
　　在Codec Engine安裝路徑下/packages/config.bld文件里
　　var C6？P = xdc.useModule（‘ti.targets.C6？P’）;
　　之后添加：
　　C6？P.extensions［“.sa”］ = {
　　suf： “.sa”， typ： “asm：-fl”
　　}
　　或
　　C6？P.extensions［“.asm”］ = {
　　suf： “.asm”， typ： “asm：-fa”
　　}
　　8）DSP側如何統(tǒng)計具體函數(shù)運行時間？
　　TI DSPC6？x+內核有一個6？位的硬件定時器（Time Stamp Counter），它的頻率和CPU頻率一致。最簡單的辦法是使用TSC的低32位TSCL。注意在DM6？4x中，TSCH用于ARM。
　　#include
　　void main （）{
　　…
　　TSCL=0;
　　…
　　t1=TSCL;
　　my_code_to_benchmark（）;
　　t2=TSCL;
　　printf（“# cycles == %d\n”， （t2-t1））;
　　}
　　6．結語
　　以上針對如何上手TI的Codec Engine做了簡單的歸納，還有很多具體細節(jié)的問題沒有涉及到。還請各位工程師從自己要用的軟件模塊發(fā)布說明文檔開始找到相關的文檔并研究。經(jīng)常訪問 TI的網(wǎng)頁，http://wiki.davincidsp.com和http://tiexpressdsp.com/wiki找到最新的信息和資料。也非常歡迎您在wiki上提問。
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