多媒體應用平臺OMAP5910雙核通訊技術(shù)

　　開放式多媒體應用平臺OMAP5910為一種獨特的雙核結(jié)構(gòu)，它將高性能低功耗的TMS320C55xDSP核與控制性能很強的ARM925微處理器結(jié)合起來，適合便攜式手持設備綜合處理能力的需求。ARM長于控制，DSP長于算法，但要想使二者協(xié)調(diào)配合起來產(chǎn)生最大的整體效能，雙核之間的通訊技術(shù)研究就必不可少。

　　2 OMAP5910的雙核結(jié)構(gòu)簡介

　　如圖一所示，OMAP5910的雙核結(jié)構(gòu)主要包括增強型ARM925核、TMS320C55xDSP核、交換控制器、系統(tǒng)DMA控制器、時鐘復位管理模塊、內(nèi)部SRAM和外部設備應用接口等模塊。

　　增強型ARM925核是一種先進的32位精簡指令集計算機處理器，工作在150Mhz的主頻上，它可以執(zhí)行32位或16位指令，處理32位、16位、8位數(shù)據(jù)。作為OMAP5910的主機ARM925可以訪問多達4G的空間。

　　TMS320C55xDSP核工作主頻為150Mhz，內(nèi)部有32K字的DASRAM、48K字的SARAM、16K字的ROM和12K字的高速指令緩存存儲器。還有用于地址變換的存儲器管理單元、兩級中斷管理器等模塊。功能非常強大，而功耗卻相當?shù)停谀壳癟MS320 DSP家族中最為省電。

　　交換控制器主要用于提供ARM、DSP、系統(tǒng)DMA等對OMAP5910系統(tǒng)存儲資源(包括192K字節(jié)的內(nèi)部SRAM、64M字節(jié)的外部SDRAM和128M字節(jié)的外部FLASH)進行的異步操作。系統(tǒng)DMA控制器經(jīng)過低功耗設計，支持外部存儲器、ARM925、外圍之間的8位、16位、32位數(shù)據(jù)傳輸，有突發(fā)傳送和數(shù)據(jù)打包等功能。

　　時鐘復位管理模塊可以靈活地設置和管理ARM部分、DSP部分、交換控制器的時鐘，使各單元能夠工作在不同的省電模式下，從而最大限度地降低整個系統(tǒng)的功耗。

　　內(nèi)部192K字節(jié)32位數(shù)據(jù)寬度的SRAM為液晶顯示等應用提供了較大的數(shù)據(jù)和代碼存儲空間。外圍設備應用接口為OMAP5910在片外連接液晶、攝像頭、空中接口、USB等提供了方便。

　　3 OMAP5910的雙核通訊機制

　　OMAP5910通過三種方式來支持內(nèi)部雙核間的通訊。第一種方式是通過雙核共享郵箱寄存器Mailbox來實現(xiàn)，雙核間可以互相中斷并通過郵箱寄存器傳遞少量數(shù)據(jù)。第二種方式是ARM通過主機接口獲得對DSP存儲空間和I/O空間的訪問權(quán)，然后由ARM來完成數(shù)據(jù)在雙核間的搬移。第三種方式就是通過ARM對DSP存儲器管理單元的設置將DSP的外部存儲空間映射到OMAP5910系統(tǒng)存儲資源中，由DSP來完成雙核間數(shù)據(jù)的搬移。

　　三種通訊方式各有千秋。第一種方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，但是傳遞信息可靠及時，非常適合在雙核通訊中完成握手聯(lián)絡。后兩中方式都適合在雙核之間傳輸大量數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂普卟煌?，第二種方式由ARM控制完成，第三種方式由DSP控制完成。在一些相對復雜的應用中ARM常常忙于對許多外圍設備的控制，沒有更多的時間來完成雙核間的數(shù)據(jù)傳輸，這時利用第三種方式來完成數(shù)據(jù)搬移必然是最理想的選擇?；谶@種考慮，下面對第三種方式進行一個介紹。

　　3.1 原理框圖

　　雙核間通過DSP的存儲器管理單元MMU和外部存儲器接口EMIF實現(xiàn)通訊的實質(zhì)是利用DSP MMU將DSP的外部存儲器映射在OMAP5910的內(nèi)部SARAM、外部SDRAM和FLASH上，使ARM，DSP及DSP DMA都能訪問這三個存儲區(qū)域從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享?？驁D如下：

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3.2 DSP MMU

　　DSP MMU可以將DSP外部存儲空間(字節(jié)地址0x050000--0XFF7FFF或0x050000--0XFFFFFF)的任意塊映射到OMAP5910的三個存儲區(qū)上,塊大小(1KB、4KB、64KB、1MB)可軟件設置。

　　DSP MMU的核心結(jié)構(gòu)就是32個CAM和32個RAM以及相關的幾個控制、狀態(tài)寄存器,其中CAM用來存放DSP的外部存儲器虛擬地址及有關控制位信息;RAM用于存放OMAP5910的實際物理地址和訪問允許控制位。DSP MMU使能后，當DSP訪問外部存儲器時，相應虛擬地址就會被送到DSP MMU處，如果虛擬地址的有效高位(當頁大小為1KB、4KB、64KB、1MB時，對應的地址有效高位數(shù)分別為14、12、8、4)命中CAM，并且相應RAM中的訪問允許控制位有效，那么相應RAM中的物理地址高位就和虛擬地址偏移一塊兒被送到OMAP TC處，從而實現(xiàn)虛擬地址到物理地址的映射，然后就可以進行相關讀寫操作。如果虛擬地址的有效高位沒有命中CAM或者相應RAM中的訪問允許控制位無效，系統(tǒng)就會產(chǎn)生頁錯誤或訪問權(quán)限錯誤，并向ARM發(fā)起中斷，在中斷程序中ARM可通過查看DSP MMU有關狀態(tài)寄存器來進一步了解錯誤原因。

　　DSP MMU的設置過程如下：

　　a. 釋放 DSP MMU 的復位

　　b. 寫 CAM_REG_H 和 CAM_REG_L 寄存器

　　c. 寫 RAM_REG_H 和 RAM_REG_L 寄存器

　　d. 寫 Lock Counter 寄存器

　　e. 將 LD_TLB_REG 寄存器寫1,裝載DSP MMU參數(shù)

　　f.使能 DSP MMU

　　3.3 存儲模式轉(zhuǎn)換

　　由于在OMAP5910中對于存儲系統(tǒng)的操作,ARM處理器采用小端模式,而DSP則采用大端模式，因此當DSP訪問OMAP5910的系統(tǒng)存儲空間時,就需要進行大小端模式之間的轉(zhuǎn)換。在ARM程序中對寄存器ENDIANISM進行適當設置就可以靈活地控制DSP訪問OMAP5910存儲空間時的數(shù)據(jù)格式。

　　3.4 DSP DMA

　　對于通過DSP的MMU和EMIF實現(xiàn)雙核通訊來講，當雙核間通訊的數(shù)據(jù)量比較大而DSP又比較忙的時候，利用DSP DMA來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸可以減輕DSP CPU的負擔，提高整個DSP子系統(tǒng)運行的效率，而不會打斷DSP CPU的工作。

　　4 實現(xiàn)雙核通訊的一種方案

　　在關于OMAP5910的工程實際中較為典型的應用,通常是由ARM控制外圍器件獲取一組數(shù)據(jù)后，先交給DSP進行處理，處理后的數(shù)據(jù)再返回給ARM進行存儲、顯示、輸出等。為了實現(xiàn)雙核之間的數(shù)據(jù)通訊的可靠性，使用郵箱寄存器來傳遞雙核間的握手協(xié)議，當一方需要聯(lián)系另一方時只需向相應的郵箱命令寄存器寫入數(shù)據(jù)即可中斷對方，不同的數(shù)據(jù)代表不同的信號，使得握手及時可靠。當數(shù)據(jù)量比較大而DSP或ARM任務又比較多時，相應地使用DMA來進行數(shù)據(jù)傳輸可以減輕處理器負擔，提高程序運行的效率。實現(xiàn)此方案的程序示意圖如下：

　　5 結(jié)束語

　　由于OMAP5910芯片具有高性能、低功耗、優(yōu)化的雙核結(jié)構(gòu)、豐富的外圍設備接口等顯著優(yōu)點，所以在便攜式儀器領域中它的應用前景也將十分廣闊。而OMAP5910中雙核間通訊技術(shù)的研究對于進一步開發(fā)OMAP5910，實現(xiàn)復雜的操作任務，協(xié)調(diào)雙核工作具有非常重要的作用，為其在便攜式儀器中發(fā)揮雙核優(yōu)勢奠定了堅實的基礎。