通過給外部設備編寫驅動程序是一種有效的控制外設的方法。隨著DSP的應用越來越廣泛,DSP實時系統(tǒng)的日趨復雜及新技術的出現(xiàn),DSP處理器所連接的外部設備也是種類繁多,各不相同,而每一個外設都需要一個特定的驅動程序來支持外設的正常工作,這就要為每一個外設編寫驅動程序,這是一項十分繁雜的工作。如何能夠使系統(tǒng)開發(fā)人員從這些編寫繁雜的驅動程序工作中解脫出來,進而能夠專心投入到應用程序的開發(fā)中呢?TI公司提出了基于DSP/BIOS的設備驅動模型,該模型分為兩層:類驅動即與硬件不相關的層和微型驅動即與硬件相關的層。使用這種結構,應用程序只需調用類驅動的API函數(shù),通過類驅動使用微型驅動,用微型驅動來控制外設。這種結構,將驅動程序合理分層,使得驅動程序模塊化,可移植性、復用性大大增強,縮短了驅動程序的開發(fā)時間。
1 DSP/BIOS設備驅動模型工
1.1 類/微型驅動模型
DSP/BIOS是TI公司所設計開發(fā)的一個尺寸可裁剪的實時多任務操作系統(tǒng)內核,通過使用DSP/BIOS提供的豐富的內核服務,開發(fā)者能快速地創(chuàng)建滿足實時性能要求的精細復雜的多任務應用程序。為了使開發(fā)設備驅動更加簡單方便,提出了DSP/BIOS DeviceDriver Kit,定義了標準的設備驅動模型,一種將設備驅動分為與硬件無關和與硬件相關的雙層結構,這樣就使開發(fā)驅動程序不像以前那樣復雜了,為開發(fā)者提供了便利。這兩層結構稱為“類/微型驅動模型,它們每一層都有各自通用的接口,所以相似設備驅動程序的主要部分可以復用,驅動代碼的移植成為可能,使開發(fā)驅動的過程大大簡化。
與硬件無關的層稱為類驅動(Class Driver),它處在應用程序與微型驅動之間,提供對多線程I/O請求的串行化和同步,并且維護設備數(shù)據(jù)緩沖區(qū),向上提供API接口供應用程序調用,向下通過適配層與微型驅動相連,實現(xiàn)API接口函數(shù)到微型驅動層的映射。
與硬件相關的層稱為微型驅動(Mini-driver),它處在類驅動與芯片支持庫(Chip Support Library)之間,對于類驅動的接口是統(tǒng)一的,即每一個微型驅動都為類驅動和DSP/BIOS設備驅動管理提供了標準接口。微型驅動采用芯片支持庫(CSL)管理外圍設備的寄存器、內存和中斷資源。但由于硬件是千差萬別的,所以微型驅動對底層硬件的操作是根據(jù)硬件的不同而不同的。對于完成同樣功能的不同外設,只需稍加修改微型驅動,而不需重新編寫驅動程序,就可以實現(xiàn)驅動程序的移植與復用,使驅動程序的開發(fā)過程大大簡化。類/微型驅動模型結構如圖1所示。
1.2 類驅動
通過將應用軟件,驅動程序分層之后,可以看到,位于頂層的應用程序并不直接與微型驅動產(chǎn)生聯(lián)系,而是通過類驅動與微型驅動連接。每一種類驅動向上層應用程序提供一個API接口,并且與微型驅動接口進行通信。
DSP/BIOS定義了三種類驅動:流輸入輸出模塊(SIO),管道管理模塊(PIP),通用輸入輸出模塊(GIO)。其中,SIO和PIP分別需要使用適配器DIO和PIO來與微型驅動進行通信。SIO/DIO是基于流的I/O模型,使用異步方式來操作I/O,對于數(shù)據(jù)的讀寫、處理可以同時進行。PIP/PIO是基于管道的I/O模型,每個管道維護著一個被劃分為多個大小相同的幀的緩沖區(qū)。GIO類驅動采用基于流的同步I/O數(shù)據(jù)傳輸模式,適合大流量數(shù)據(jù)的傳輸,更適合文件系統(tǒng)。與SIO/DIO和PIP/PIO不同,GIO包含內置的IOM(I/OManager輸入輸出管理)適配層,可以直接與微型驅動進行通信。
GIO模塊與其他兩個模塊相比,有一個很重要的特性,就是可以擴展API函數(shù)支持新的應用領域,這樣就實現(xiàn)了對GIO類驅動的擴展。這種可擴展API的特性正好可以用在視頻驅動開發(fā)方面。例如這種擴展可以滿足視頻設備存儲區(qū)的需要。另外,在提供了視頻驅動和應用程序之間的視頻數(shù)據(jù)同步機制之后,這種擴展也能夠允許使用一個單獨的調用來“交換”視頻緩沖區(qū)。這種交換緩沖區(qū)的機制對于實時視頻信號的采集與顯示是十分重要的。所以,在視頻驅動中,我們采用通用輸入輸出模塊GIO。應用程序可以直接地調用GIO API函數(shù)和IOM微型驅動程序進行交互,這些GIO API就可以看作是類驅動。GIO類驅動接口如圖2所示。
GIO_create會為一個特定的IOM通道實例創(chuàng)建一個GIO對象,這是類驅動使用微型驅動的第一步,首先創(chuàng)建對象及IOM通道,然后在此通道上進行數(shù)據(jù)傳輸工作。其結構體類型為GIO_Obj:
1.3 微型驅動
微型驅動主要通過一些函數(shù)來完成對外部設備的直接控制。只要微型驅動創(chuàng)建了規(guī)定的函數(shù),應用程序就可以方便地通過DIO適配模塊、PIo適配模塊或(和)GIO類驅動調用。
例如:GIO_create被調用時,會運行mdCreate-Chan來創(chuàng)建一個通道。
這些微型驅動函數(shù)包括:mdBindDev/mdUBind-Dev(綁定/刪除通道函數(shù)):在程序建立接口時調用,完成設備的初始化硬件設備/在程序結束時調用,卸載設備。mdCreateChan/mdDeleteChan(創(chuàng)建/刪除通道):需要在應用程序與設備實例之間創(chuàng)建一個邏輯通信通道,用于交換驅動數(shù)據(jù)。應用程序可創(chuàng)建一個或多個邏輯通道,微型驅動用通道對象來代表這些通道。這兩個函數(shù)就是用來分配和釋放通道對象。mdSubmitChan(遞交I/O請求):該函數(shù)處理傳遞給它的IOM_Pack-et結構體中的命令代碼(cmd),根據(jù)命令代碼,完成相應的處理或返回錯誤代碼。ISR(服務設備中斷并完成I/O操作):IOM微型驅動在中斷的ISR中將以處理完的IOM_Packet請求出隊,啟動下一次傳輸或服務請求,調用類驅動的回調函數(shù)與應用程序進行同步,并返回出隊的IOM_Packet。mdControlChan(控制設備):用來操作外部設備。
這些微型驅動的函數(shù)入口放在接口表(IOM_Fxns)中,供適配模塊或GIO類驅動調用。
2 TMS320DM642視頻驅動
下面以TMS320DM842芯片為例,介紹有關TMS320DM642視頻采集與顯示的驅動程序的開發(fā)。通過編寫驅動程序,完成視頻信號的實時采集與顯示功能。TMS320DM642是TI公司推出的一款專門用于視頻/圖像處理的定點數(shù)字信號處理器,它基于C64x內核,帶有3個可配置的視頻端口,與視頻采集芯片直接相連,無需外加邏輯電路或FIFO緩存,只需編寫相關解編碼芯片的驅動程序,就可以完成視頻信號的采集與顯示。在這里使用的解碼、編碼芯片分別為PHILIPS SAA7115和SAA7105。
2.1 視頻類驅動
在視頻驅動程序結構中,為了最大程度地提高視頻驅動代碼的復用性和通用性,將類驅動又劃分為兩層結構,其中上層為FVID模型,它是在DSP/BIOS GIO類驅動之上的簡單封裝,下層是GIO類驅動程序。GIO類驅動提供獨立的、一般的API函數(shù)集并且為微型驅動提供廣泛的服務,而上層的FVID模型向上層的視頻采集、顯示結構提供定制的API函數(shù)。
在視頻驅動中,主要是通過調用FVID模塊函數(shù)來完成類驅動代碼的編寫工作。FVID主要有以下幾個API函數(shù):FVID_create:分配并初始化通道對象;FVID_control:向微型驅動發(fā)送控制命令;FVID_al-loc:向應用程序分配視頻端口緩沖區(qū);FVID_ex-change:交換緩沖區(qū);FVID_free:釋放緩沖區(qū);FVID_delete:刪除通道對象。
在配備視頻接口的設備驅動時,至少指定它要開設3個以上的視頻緩沖區(qū)(FVID模型中,默認分配3個緩沖區(qū)),幀緩沖區(qū)通過FVID_alloc(),F(xiàn)VID_free(),F(xiàn)VID_exchange()三個函數(shù)在應用程序與驅動之間交換。
2.2 視頻微型驅動
視頻微型驅動也分為兩層結構,上層為通用視頻端口層部分,下層為指定編解碼芯片微驅動層部分,它們通過外部設備控制接口(External Device Control,EDC)實現(xiàn)對外圍芯片的操作。這種微驅動結構的好處是,當使用不同的芯片時,只需修改指定編解碼芯片微驅動那一部分,不需將整個微驅動重新編寫,使得驅動的復用性大大增強。
視頻驅動程序模型如圖3所示。
2.3 TMS320DM642視頻驅動設計步驟
2.3.1 注冊微型驅動
由于應用程序、類驅動最終都是要通過微型驅動的函數(shù)來完成對外部設備的直接控制,所以驅動程序設計的第一步就是要在DSP/BIOS Config中的Input/Output->Device Drivers->Uger-Defined Devices項目添加設備并注冊微驅動,進行屬性的設置,并指明IOM_Fxns函數(shù)表地址和設備參數(shù)地址,如圖4所示。
DSP/BIOS會在內部維護一個“設備表”,其中包含User-Defined Devices對象進行配置的設備實例。
2.3.2 編寫類驅動代碼
FVID函數(shù)會在設備表中查找已注冊的微驅動,并調用微驅動函數(shù)完成對外部設備的操作控制。
通常,首先利用FVID_create函數(shù)完成分配并初始化通道對象,返回值為設備實例句柄,這個句柄用于后續(xù)其他FVID函數(shù)調用這個已經(jīng)創(chuàng)建的通道。然后調用FVID_control函數(shù)向微型驅動發(fā)送控制命令,如配置編解碼器,發(fā)送開始采集或顯示圖像的控制命令。然后利用FVID_alloc分配緩沖區(qū),接著應用程序將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進行復制的搬移工作,當應用程序完成對緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的采集后,調用FVID_exchange來交換緩沖區(qū),保證視頻數(shù)據(jù)能夠實時地、源源不斷地供應用程序使用。
過程的流程圖如圖5所示。
下面是簡單的視頻采集顯示驅動的部分實現(xiàn)代碼:
3 結 語
本文介紹了基于TI公司的類/微型驅動模型進行視頻驅動設計的原理及主要方法,利用這兩層的驅動模型不僅簡化了驅動程序的編寫過程,縮短了開發(fā)時間,而且使代碼的復用性和可移植性大大提高,稍加改動相應的底層接口就可以用于其他的DSP系統(tǒng)中,真正使視頻驅動的開發(fā)過程得到簡化。
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