摘要：介紹了美國TI公司提供的開放式多媒體平臺的軟硬件架構，結合移動多媒體通信終端雙核處理器OMAP1510的特點，詳細闡述OMAP1510在第三代移動通信網絡中的典型應用及相關協議分析。

第三代(3G)無線通信技術將為蜂窩通信系統和個人通信系統提供真正意義上的寬帶服務，服務商將提供更高水準的無線多媒體服務，包括數據、音頻、視頻和語音服務等。為了充分挖掘3G的多媒體通信潛力，系統開發者需要一種新型的軟件和硬件技術。較目前而言，硬件平臺必須具有高性能，低功耗，高集成度等特點。由于它必須符合多媒體、移動操作系統和終端用戶等標準，還必須符合較大范圍的變化，因此編程必須具有較大的靈活性。

移動通信的發展對數字信號處理器提出了越來越高的要求，傳統的DSP芯片已不能勝任。為了滿足移動通信和多媒體領域新應用的需要，德州儀器公司提出了開放式多媒體應用平臺OMAP(Open Multimedia Applications Platform)體系結構，并為此設計了OMAP芯片。它采用一種獨特的雙核結構，把高性能低功耗的DSP核與控制性能強的ARM微處理器結合起來，成為一顆高度整合性SoC。它是一種開放式的、可編程的基于DSP的體系結構。由于OMAP先進獨特的結構，其芯片運算處理能力強、功耗低，在移動通信和多媒體信號處理方面具有明顯優勢。

圖1

    移動通信市場不斷增長，無線因特網的應用越來越多，分離的終端逐步合并為單一的多媒體終端設備。包括MPEG4、TTS、因特網音頻、視頻會議等新的應用需要功能更強、功耗更低的處理器。OMAP芯片完全滿足這些新應用的要求。此外，OMAP開放的體系結構使第三方開發者容易開發出新的無線多媒體應用軟件。OMAP在移動通信與多媒體信號處理方面的技術優勢使OMAP芯片非常適合應用于第三代手機、無線數字助理、未來掌上電腦等領域。

TI公司當前提供多種OMAP平臺，其中包括OMAP1510雙核架構處理器。OMAP1510為3G多媒體無線設備的開發提供了極好的平臺。

1 OMAP1510硬件構架

OMAP的硬件構架主要由DSP核、ARM核以及業務控制器(Traffic Controller)組成。這三部分可以獨立進行時鐘管理，有效地控制功耗，如圖1所示。TI增強型ARM925核是ARM RISC體系結構的先進代表，工作主頻為175MHz。它包括存儲器管理單元、16K字節的高速指令緩沖存儲器、8K字節的數據高速緩沖存儲器和17個字的寫緩沖器。片內有1．5MB的內部SRAM，為液晶顯示等應用提供大量的數據和代碼存儲空間。它有13個內部中斷和19個外部中斷，采用兩級中斷管理。此外，核內還有ARM CP15協處理器和保護模塊。C55x DSP核具有最佳的功耗性能比，工作主頻為200MHz。它采用了三項關鍵的革新技術：增大的空閑省電區域、變長指令、擴大的并行機制。其結構對于多媒體應用高度優化，適合低功耗的實時語音圖像處理。C55xDSP核增加了處理運動估計、離散余弦變換、離散余弦反變換和1／2像素插值的硬件加速器，降低了視頻處理的功耗。C55x DSP核內部有32K字的雙存取SRAM，48K字的單存取SRAM和12K字的高速指令緩存。此外，核內還包含存儲器管理單元、兩級中斷管理器和直接存儲器訪問單元。OMAPl510芯片具有豐富的外圍接口，如：液晶控制器、存儲器、攝像機、空中、藍牙、通用異步收發器、I2C主機、脈寬音頻發生器、串行、主客戶機USB、安全數字多媒體卡控制器、鍵盤等接口。這些豐富的外圍接口，使OMAP1510特別適用于第三代移動通信系統。

圖2

2 OMAP1510軟件構架

OMAP的軟件結構建立在兩個操作系統上：一是基于ARM的操作系統，如Windows CE、Linux等；二是基于DSP的DSP／BIOS。連接兩個操作系統所使用的核心技術是DSP／BIOS橋。它是實現和使用OMAP的關鍵。對于軟件開發者來說，DSP／BIOS橋提供了一種使用DSP的無縫接口，允許開發者在GPP(通用處理器，包括ARM)上使用標準應用編程接口，訪問并控制DSP的運行環境。利用TI公司的Code Composer Studio集成開發環境，從開發者的角度來看，OMAP好像僅用GPP處理器就完成了所有處理功能。這樣，開發者就不需要為兩種處理器分別編程，這使編程工作大為簡化。在OMAP體系結構下，開發者可以像對待單個GPP那樣對OMAP的雙處理器平臺進行編程。

OMAP1510支持多種實時多任務操作系統在ARM925微處理器上工作，用來對ARM925微處理器進行實時多任務調度管理，對DSP C55x進行控制和通信，同時也支持多種實時多任務操作系統在DSP C55x上工作，實現復雜的多媒體信號處理。DSP／BIOS橋包含DSP管理器，DSP管理服務器，RAM、DSP和外圍接口鏈接驅動。DSP／BIOS橋提供運行在ARM925上的應用程序和運行在DSP C55x上的算法之間的通信管理服務。開發者可以利用該橋中的應用編程接口，控制DSP中實時任務的執行，并與DSP交換任務運行結果和狀態消息。在這個環境下，開發者可以調用局部DSP網關組件完成諸如視頻、音頻和語音等功能。因此，開發者不需要了解DSP和該橋就能開發新的應用軟件，如圖2所示。

開發多媒體應用程序時，可以通過標準的多媒體應用編程接口(MM API)，使用多媒體引擎，方便了應用程序的開發；多媒體引擎對相關的DSP任務通過DSP應用編程接口(DSP APl)使用DSP／BIOS橋；最后由DSP／BIOS橋對數據、I／O流和DSP任務控制進行協調。如圖3所示。

圖3

3 雙核通信方式

OMAP的軟件平***立于硬件平臺，如何使兩個操作系統無縫工作，是實現開放的軟件平臺的關鍵。其核心技術就是正式應用OMAP平臺上的DSP／BIOS橋。

DSP／BIOS橋用于連接DSP和其他通用處理器(GPP)上的OS。GPP在OMAP里是ARM，還可以是MIPS(Microprocessor without Interlocked Pipe Stage)等。DSP／BIOS橋用于非對稱的、由一個通用處理器(GPP)和一個或多個DSP組成的多處理器環境。DSP／BIOS橋作為GPP OS和DSP OS的軟件組合，把兩個操作系統連接在一起。這種連接能夠使GPP端的客戶與DSP上的任務交換信息和數據。連接分為兩種類型：消息子連接和數據流子連接。每種子連接都按順序傳遞消息，哪個消息先到消息鏈，哪個消息就先被傳遞；同樣哪個數據流先到數據流鏈，哪個數據流就先被傳遞。每個子連接都獨立地進行操作，例如：GPP先發送數據流，然后發送消息；如果消息有高優先級，那么消息比數據流先到DSP。

DSP任務通常用消息對象傳送控制和狀態信息，用數據流對象傳送高效實時數據流。圖4表示GPP客戶端程序和DSP任務間的關系。

4 典型應用

4．1 多媒體終端硬件方案

基于OMAP1510的3G移動多媒體終端的硬件結構方案如圖5所示。其中3G移動電話卡實現基于3G無線傳輸技術(RTT)規范的空中接口功能，包括射頻模塊和基帶處理模塊以及相應的物理層軟件。本方案采用CDMA2000技術規范。3G移動電話卡與OMAP1510的接口可通過TI外設總線接口實現。

4．2 基于CDMA2000的協議軟件設計方案

CDMA2000的實現分為CDMA 2000-1X和CDMA2000-3X兩個階段。前者的數據速率為144kbps，后者的移動車載用戶達到144kbps，移動步行用戶可達到384kbps，室內固定用戶達到2Mbps，可實現無線因特網接人、會議電視等高速多媒體分組數據業務和話音業務。下面主要介紹移動多媒體終端的協議軟件結構。

終端協議結構由兩部分組成：是信令協議棧和應用業務協議棧?；贑DMA2000的3G移動多媒體終端的協議軟件結構如圖6所示。

    CDMA2000的信令協議棧包括高層信令層、數據鏈路層(分成LAC子層和MAC子層)以及物理層。其中高層信令層主要描述了信令結構、安全認證、信令控制和應用、消息格式等；LAC子層提供信令傳輸的可靠性保證，包括鑒權、ARQ、功用、分割重裝等；MAC子層完成邏輯信道業務的復分接以及QoS控制等功能；物理層實現數據編解碼和調制解調等物理信道的處理。

應用業務協議棧包括多媒體視頻／音頻編解碼器、實時傳輸協議(RTP)、呼叫控制信令協議、TCP／IP、PPP等。3G移動通信系統中的多媒體應用基于IP分組數據交換，多媒體會話的呼叫控制管理由一套信令協議集完成。常用的有兩種：H．323(基于分組的多媒體通信系統)和SIP(會話發起協議)。圖6中給出的H．323是目前應用比較廣泛的信令協議集，其中視頻編解碼器采用H．263標準，音頻編解碼器采用G．723標準。RTP及其配對協議RTCP提供對等多媒體應用層相關信息，而UDP協議可減少實時多媒體流的傳輸延遲。H．225．0和H．245協議分別是H．323的呼叫控制協議，運行在TCP協議上。

移動多媒體終端軟件的另一重要組成部分是嵌入式操作系統。目前比較流行的嵌入式主流操作系統有VxWorks、WinCE、Linux等，其中Linux為開放源代碼，成本低且開發潛力大，支持ARM、PowerPC、x86等多種處理器。因此，本方案采用嵌入式Linux操作系統。嵌入式Linux操作系統可自主開發，也可購買商用成熟的產品，如μC Linux等。

    移動多媒體業務是第三代移動通信系統的主要特征，因此研制具備多媒體功能的3G移動終端，選擇好平臺是關鍵。OMAP1510以開放式軟件體系結構、雙CPU硬件通道為其設計特點，對開發者而言，它易于編程、集成化。隨著將來3G業務市場的形成和成熟，對3G移動多媒體終端的需求相信會越來越大。本文結合作為3G無線傳輸技術規范之一的CDMA2000，探討了基于OMAP1510的3G移動多媒體終端的實現方案。該終端實現方案經過有關科研項目的驗證，具有很高的可行性。