雙核處理器ARM+DSP如何實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作

基于ARM+DSP的雙核架構(gòu)，很多工程師不知道如何入手進(jìn)行開(kāi)發(fā)，提出了很多的疑問(wèn)，比如對(duì)ARM工程師，很困惑的是如何使用DSP的資源？如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互？如何保持雙核之間的同步？對(duì)DSP工程師，則問(wèn)到如何進(jìn)行ARM調(diào)試？如何啟動(dòng)DSP？如果進(jìn)行媒體加速，如何操作外設(shè)獲取或發(fā)送數(shù)據(jù)等?；诓煌拈_(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，ARM工程師和DSP工程師會(huì)從完全不同的角度來(lái)看SOC的芯片，以至于拿到SOC的芯片根本不知道如何入手，這里就本人的經(jīng)驗(yàn)與大家分享一下。

首先ARM+DSP的芯片，他是一個(gè)雙核的，對(duì)應(yīng)ARM和DSP分別是不同的指令集和編譯器，可以把SOC的芯片看成是兩個(gè)單芯片的合成，需要兩套不同的開(kāi)發(fā)工具，CCS3.3可以進(jìn)行芯片級(jí)的調(diào)試和仿真，但是對(duì)應(yīng)ARM和DSP需要選擇不同的平臺(tái)。一般來(lái)說(shuō)，ARM上面跑操作系統(tǒng)，比如Linux，Wince等，在ARM上的開(kāi)發(fā)，除了bootloader以外，基本都是基于OS的開(kāi)發(fā)，比如驅(qū)動(dòng)，內(nèi)核裁減，以及上層應(yīng)用等，需要的調(diào)試和仿真主要靠log或者OS提供的調(diào)試器，如KGDB，Platform Builder等?；贒SP核的開(kāi)發(fā)和傳統(tǒng)單核DSP一樣，需要用CCS+仿真器來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)調(diào)試。

其次，對(duì)于芯片的外設(shè)接口，ARM核和DSP核都可以訪問(wèn)，典型的情況是ARM控制所有的外設(shè)，通過(guò)OS上的驅(qū)動(dòng)去控制和管理，這部分和傳統(tǒng)的ARM芯片類似；DSP主要是進(jìn)行算法加速，只是和memory打交道，為了保持芯片的資源管理的一致性，盡量避免由DSP去訪問(wèn)外設(shè)。當(dāng)然，根據(jù)具體的應(yīng)用需求，DSP也是可以控制外設(shè)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，這時(shí)，需要做好系統(tǒng)的管理，避免雙核操作的沖突。

對(duì)memory的使用，非易失的存儲(chǔ)空間，比如NAND、NOR Flash，基本也是由ARM訪問(wèn)，DSP的算法代碼作為ARM端OS文件系統(tǒng)的一個(gè)文件存在，通過(guò)應(yīng)用程序進(jìn)行DSP程序的下載和DSP芯片的控制。外部RAM空間，即DDR存儲(chǔ)區(qū)，是ARM和DSP共享存在的，但是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要把ARM和DSP使用的內(nèi)存嚴(yán)格物理地址分開(kāi)，以及預(yù)留出一部分用來(lái)交互的內(nèi)存空間。一般情況，ARM是用低端地址，DSP通過(guò)CMD文件分配高端地址，中間預(yù)留部分空間用來(lái)做數(shù)據(jù)交互，比如在OMAP3的Linux下的DVSDK中，128MB的DDR空間被分成三部分，低端地址從0x8000000到0x85800000-1的88MB空間給Linux內(nèi)核使用；從0x85800000到0x86800000-1的16MB給CMEM的驅(qū)動(dòng)，用來(lái)做ARM和DSP的大塊數(shù)據(jù)交互，從0x86800000到0x88000000-1的24MB是DSP的代碼和數(shù)據(jù)空間。

芯片的啟動(dòng)也是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，一般情況下，是ARM啟動(dòng)，和傳統(tǒng)的單核ARM一樣，支持不同的啟動(dòng)方式，比如可以支持NAND，NOR，UART，SPI，USB，PCI等接口啟動(dòng)。DSP默認(rèn)處于復(fù)位狀態(tài)，只有通過(guò)ARM的應(yīng)用下載代碼并且解除復(fù)位以后，DSP才能跑起來(lái)。有些應(yīng)用場(chǎng)景，需要DSP直接從外部上電就自啟動(dòng)，有些芯片也是支持這種模式的。

最后，關(guān)于芯片的通信和同步，這個(gè)是困擾很多工程師的問(wèn)題，為了便于客戶的開(kāi)發(fā)和使用，TI提供了DSPLINK，CODEC ENGINE的DVSDK開(kāi)發(fā)套件，基于DVSDK可以很方便的進(jìn)行ARM+DSP的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，下面對(duì)DVSDK的軟件架構(gòu)，各個(gè)軟件模塊的功能等做簡(jiǎn)要介紹。

DVSDK是多個(gè)軟件模塊的集成，包括純DSP端的軟件模塊，ARM的軟件模塊和雙核交互的軟件模塊。DVSDK的軟件包都是基于實(shí)時(shí)軟件模塊（Real-Time-Software-Component：RTSC）的，還需要安裝RTSC的工具XDC，XDC是TI開(kāi)源的一個(gè)工具，可以支持跨平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，能夠最大程度的代碼重用；如果需要進(jìn)行純ARM的開(kāi)發(fā)，還需要ARM的編譯工具以及Linux內(nèi)核或者Wince的BSP；如果需要進(jìn)行DSP的算法開(kāi)發(fā)或者DSP端開(kāi)執(zhí)行代碼生成，還需要安裝DSP的編譯器cgtools和DSP/BIOS；為了便于配置生成DSP端的可執(zhí)行代碼，通過(guò)向?qū)蒀odec的RTSC包和可執(zhí)行代碼，還可以選裝ceutils和cg_xml。

DVSDK的核心是Codec Engine，所有的其他軟件模塊基本都是圍繞Codec Engine的。Codec Engine是連接ARM和DSP的橋梁，是介于應(yīng)用層（ARM側(cè)的應(yīng)用程序）和信號(hào)處理層（DSP側(cè)的算法）之間的軟件模塊，在編譯DSP端可執(zhí)行代碼和ARM端應(yīng)用程序時(shí)，都需要Codec Engine的支持。Codec Engine主要有兩部分：
? ARM端應(yīng)用適配層，提供了精簡(jiǎn)的API和對(duì)應(yīng)的庫(kù)給應(yīng)用層使用。
? DSP的算法調(diào)用層，提供了DSP算法的接口封裝規(guī)范，是的所有的算法通過(guò)簡(jiǎn)單的配置就可以編譯到DSP的可執(zhí)行程序中。
最終的應(yīng)用程序需要通過(guò)Codec Engine的API接口來(lái)下載DSP代碼，調(diào)用DSP端的封裝好的算法，以及進(jìn)行ARM和DSP的通信。

關(guān)于Codec Engine的介紹，可以參考《幫您快速入門Codec Engine》。

Codec Engine底層ARM和DSP的通信是建立在DSP/BIOS Link之上的，DSP/BIOS Link真正實(shí)現(xiàn)ARM和DSP交互的軟件模塊。由于DSP/BIOS Link是跨平臺(tái)的，也是有ARM部分和DSP部分組成，其中在ARM端，包括基于OS的驅(qū)動(dòng)和供應(yīng)用調(diào)用的庫(kù)文件，DSP端，必須要用DSP/BIOS，DSP的可執(zhí)行代碼需要包含DSP/BIOS Link的庫(kù)文件。DSP/BIOS

Link常用的主要有如下幾部分的軟件模塊：
? PROC相關(guān)的，主要是用來(lái)做DSP芯片的控制，比如啟動(dòng)，停止等，下載DSP的可執(zhí)行代碼，以及直接讀寫DSP端的memory空間等
? MSGQ相關(guān)，ARM和DSP的通信是基于MSGQ的，MSGQ有輪詢等待的方式或者中斷的方式，MSG是基于共享內(nèi)存池的方式。Codec Engine通過(guò)MSGQ交互一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，比如控制，和一些大塊數(shù)據(jù)的地址指針等。大量的數(shù)據(jù)交互需要通過(guò)cmem實(shí)現(xiàn)。

在ARM端，配合Codec Engine使用的軟件模塊有LinuxUtils或者WinceUtils，包含cmem，SDMA等，cmem是用來(lái)在OS之外分配連續(xù)物理內(nèi)存空間，進(jìn)行物理地址到虛地址，以及虛地址到物理地址空間轉(zhuǎn)化的。為了避免數(shù)據(jù)的多次復(fù)制，需要開(kāi)辟一塊ARM和DSP共享的數(shù)據(jù)空間，ARM和DSP都可以直接訪問(wèn)，這部分空間需要通過(guò)CMEM管理。對(duì)ARM來(lái)說(shuō)，CMEM是OS上的一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，需要通過(guò)IOCTL來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配或者地址空間轉(zhuǎn)化。由于DSP可以訪問(wèn)任何物理地址空間，通過(guò)ARM傳給DSP的指針必須是物理地址。

為了適配一些播放器的接口，DVSDK還提供了DMAI（Digital Media Application Interface），DMAI提供了更為精簡(jiǎn)的媒體接口和基于OS的音視頻捕捉、回放等接口，在Linux下的gstreamer和Wince下的dshow filter都是基于DMAI的。并且DMAI也提供了最基本的測(cè)試應(yīng)用例子，可以很方便的進(jìn)行修改和測(cè)試。

如果只是調(diào)用現(xiàn)成的或者第三方的算法庫(kù)，可以只了解ARM端的軟件模塊，Codec Engine或者DMAI已經(jīng)提供了豐富的應(yīng)用接口，DSP可以認(rèn)為是個(gè)單純的媒體加速器，把ARM+DSP的芯片當(dāng)作ASIC一樣使用。如果要充分發(fā)揮DSP的性能，就需要對(duì)DSP進(jìn)行開(kāi)發(fā)了。Codec Engine對(duì)DSP的算法只是規(guī)范了接口，以便于和Codec Engine一起生成DSP的可執(zhí)行程序。