介紹了DSP/BIOS中I/O設備驅(qū)動程序的編寫,并給出了一個在TMS320C5402 DSK上開發(fā)語音處理程序的實例。

關鍵詞：數(shù)字信號處理器（DSP） 實時操作系統(tǒng) I/O設備驅(qū)動 應用程序接口（API）

近年來,隨著信息技術的飛速發(fā)展,DSP在航空、航天、雷達、通信、消費類電子設備等方面都得到了廣泛應用;同時,DSP的運算能力也越大越強大,TI公司新推出的TMS320C6400系列的運算能力可以達到8800MIPS。這些都要求開發(fā)DSP的應用程序要縮短開發(fā)時間,增加軟件的可編護性和可重用性。語音壓縮、語音識別、圖像處理等方面的應用要求DSP的開發(fā)盡可能簡單,還要求代碼的執(zhí)行效率高。

DSP/BIOS是TI公司推出的一個實時操作系統(tǒng)。DSP/BIOS與TI的CCS（Code Composer Studio）集成在一起。目前最新的版本是CCS 1.2中的DSP/BIOS II。應用DSP/BIOS可以大大簡化DSP應用程序的開發(fā)和調(diào)試。與外部設備的I/O接口是DSP應用開發(fā)中不可缺少的重要部分?；贒SP/BIOS的I/O設備驅(qū)動將軟件與硬件分離,提高了軟件的可重用性,在軟件或硬件改動時可使相互的影響降為最小。

1 DSP/BISO操作系統(tǒng)簡介

DSP/BIOS實際上是一組可重復調(diào)用的系統(tǒng)模塊API的集合。只占用DSP很少的資源,可以滿足DSP實時運行時的調(diào)試性能分析,編寫高效的程序。例如,在TMS320C6211上運行printf()函數(shù)需花費4000個周期,而運行LOG_printf()只花費36個周期,可printf()要比LOG_pfrintf（）多花費100倍以上的時間。下面只對與I/O設備驅(qū)動有關的模塊作簡要介紹。

1.1 任務調(diào)度模塊（HWI/SWI/TSK）

在DSP/BIOS中,任務的調(diào)度是通過HWI、SWI和TSK三個模塊實現(xiàn)的。HWI（硬件中斷管理模塊）管理硬件中斷,主要負責DSP與外設的交互,從外設中讀寫數(shù)據(jù)。由于硬件中斷直接與硬件打交道,對應的中斷服務程序ISR應盡可能短小精焊。HWI不引起任務調(diào)度,它在處理完數(shù)據(jù)的輸入輸出后調(diào)用SWI_post()來調(diào)度相應的軟件中斷SWI完成數(shù)據(jù)處理工作。

DSP/BIOS提供兩類優(yōu)先線程：SWI（軟件中斷管理模塊）和TSK（任務管理模塊）。SWI是DSP/BIOS任務調(diào)度的核心,SWI任務是搶斷式的,即高優(yōu)先級的任務可以搶斷低優(yōu)先級的任務。但是SWI任務是不可阻塞的,所有SWI任務共享一個堆棧,SWI任務只能在程序編制時預先定義好。DSP/BIOS中對任務的動態(tài)產(chǎn)生和對阻塞狀態(tài)的支持是通過TSK模塊來實現(xiàn)的。TSK也是可以搶斷的,但每個TSK任務使用獨立的堆棧。

1.2 通訊模塊（PIP/SIO）

PIP（帶緩沖管道管理模塊）和SIO（流輸入輸出管理模塊）是DSP/BIOS提供的兩個接口對象,用于支持DSP與外設之間 數(shù)據(jù)交換。PIP對象帶有一個緩沖隊列,可以執(zhí)行帶緩沖的讀任務和寫任務。SIO沒有緩沖隊列,SIO的操作get()和put()在應用程序和驅(qū)動程序之間交換緩沖的指針,而不是數(shù)據(jù)的拷貝,因此執(zhí)行效率比PIP高。

PIP和SIO對象支持基于幀的信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)。在多速率系統(tǒng)中需要使用優(yōu)先級線程來統(tǒng)一端口通信,在其它需要處理不同尺寸、不同速率的幀的系統(tǒng)中,優(yōu)先級線程也是必須的。PIP對象可被SWI或TSK線程使用,而SIO對象只能被TSK使用。

2 低級設備驅(qū)動（LIO）

LIO（Low Level I/O）是一組基于DSP/BIOS設計的API函數(shù)。它由控制函數(shù)、I/O緩沖區(qū)管理函數(shù)、信令函數(shù)組成,如表1所示。應用程序可以通過LIO函數(shù)控制一個或多個外設通道。

表1 LIO API函數(shù)

LIO函數(shù)不考慮數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)送方向,也就是說僅執(zhí)行輸出設備、僅執(zhí)行輸入設備和能執(zhí)行輸入、輸出的設備執(zhí)行的是同樣的函數(shù)。輸入與輸出之間的主要不同點是傳送到緩沖區(qū)隊列函數(shù)的參數(shù)意義不同。既然所有其它的操作都是同樣的,大多數(shù)控制代碼能在單個驅(qū)動程序中被所有通道共享。

2.1 總體設計、設想和命名規(guī)范

所有的驅(qū)動程序函數(shù)都不能設置成全局中斷。驅(qū)動程序應不影響全局中斷使能標記的狀態(tài),僅影響由它控制的外設所能觸發(fā)的中斷所對應使能標記的狀態(tài)。這樣可以阻止一個驅(qū)動程序與其它驅(qū)動程序或應用程序爭奪CPU資源。

為了避免由不同驅(qū)動程序使用同一函數(shù)名引起的命名空間沖突,也為了改變驅(qū)動程序而不需再編譯應用程序代碼,可以通過函數(shù)表訪問驅(qū)動程序函數(shù)。用這種方式,僅需要為每個驅(qū)動程序定義一個外部符號。這種符號有其命名規(guī)范。此命名規(guī)范通過接線板、在片外設、LIO接口等來區(qū)分。如包含應用程序注釋的源代碼為TI TMS320VC5402 DSK的AD50音頻編解碼器執(zhí)行基于DMA的驅(qū)動程序,驅(qū)動程序函數(shù)表名是DSK5402_DMA_AD50_TI_ILIO。

設備驅(qū)動程序支持的各通道半雙工（輸入或輸出）通道。每個函數(shù)對應一個通道變量。一個能執(zhí)行輸入和輸出的物理設備,如連接到音頻編解碼器的DSP串口,可通過兩個半雙工通道（一個輸入,一個輸出）來訪問。一個驅(qū)動程序支持多少個物理設備和通道依具體實現(xiàn)而實。一般一個驅(qū)動程序應能控制一個物理設備,此設備可能有多個通道。通道號與物理設備通道的映射執(zhí)行時確定。通道號應約定從0開始。對I/O設備,一般約定偶數(shù)號為輸入,奇數(shù)號為輸出。