针对当前应用的复杂性,SOC芯片更好能能满足应用和媒体的需求,集成众多接口,用ARM做为应用处理器进行多样化的应用开发和用户界面和接口,利用DSP进行算法加速,特别是媒体的编解码算法加速,既能够保持算法的灵活性,又能提供强大的处理能力。德州仪器(TI)继第一系列Davinci芯片DM644x之后,又陆续推出了DM643x,DM35x/36x,DM6467,OMAP35x,OMAPLx等一系列ARM+DSP或ARM+视频协处理器的多媒体处理器平台。众多有很强DSP开发经验的工程师,以及应用处理开发经验的工程师都转到使用达芬奇或OMAP平台上开发视频监控、视频会议及便携式多媒体终端等产品。基于ARM+DSP的芯片架构,如何进行开发实现做期望的嵌入式应用呢?
传统的芯片,基本是一个处理器内核,或者是通用处理器如ARM,或者是DSP。对于控制和用户接口,一般用通用处理器实现,算法处理或者媒体处理则依赖于DSP或者硬件芯片,很多系统都是双芯片的架构。开发模式也比较单纯,比如ARM芯片,有ARM的的仿真工具,基于OS之上进行应用开发;DSP有DSP的开发工具,如TI的CCS以及510、560的仿真器,可以进行算法的移植、优化、跟踪、调试等。这时,所需要的经验也比较单一。
基于ARM+DSP的双核架构,很多工程师不知道如何入手进行开发,提出了很多的疑问,比如对ARM工程师,很困惑的是如何使用DSP的资源?如何进行数据的交互?如何保持双核之间的同步?对DSP工程师,则问到如何进行ARM调试?如何启动DSP?如果进行媒体加速,如何操作外设获取或发送数据等。基于不同的开发经验和基础,ARM工程师和DSP工程师会从完全不同的角度来看SOC的芯片,以至于拿到SOC的芯片根本不知道如何入手,这里就本人的经验与大家分享一下。
首先ARM+DSP的芯片,他是一个双核的,对应ARM和DSP分别是不同的指令集和编译器,可以把SOC的芯片看成是两个单芯片的合成,需要两套不同的开发工具,CCS3.3可以进行芯片级的调试和仿真,但是对应ARM和DSP需要选择不同的平台。一般来说,ARM上面跑操作系统,比如Linux,Wince等,在ARM上的开发,除了bootloader以外,基本都是基于OS的开发,比如驱动,内核裁减,以及上层应用等,需要的调试和仿真主要靠log或者OS提供的调试器,如KGDB,Platform Builder等。基于DSP核的开发和传统单核DSP一样,需要用CCS+仿真器来进行开发调试。
其次,对于芯片的外设接口,ARM核和DSP核都可以访问,典型的情况是ARM控制所有的外设,通过OS上的驱动去控制和管理,这部分和传统的ARM芯片类似;DSP主要是进行算法加速,只是和memory打交道,为了保持芯片的资源管理的一致性,尽量避免由DSP去访问外设。当然,根据具体的应用需求,DSP也是可以控制外设接口进行数据的收发,这时,需要做好系统的管理,避免双核操作的冲突。
对memory的使用,非易失的存储空间,比如NAND、NORFlash,基本也是由ARM访问,DSP的算法代码作为ARM端OS文件系统的一个文件存在,通过应用程序进行DSP程序的下载和DSP芯片的控制。外部RAM空间,即DDR存储区,是ARM和DSP共享存在的,但是在系统设计的时候,需要把ARM和DSP使用的内存严格物理地址分开,以及预留出一部分用来交互的内存空间。一般情况,ARM是用低端地址,DSP通过CMD文件分配高端地址,中间预留部分空间用来做数据交互,比如在OMAP3的Linux下的DVSDK中,128MB的DDR空间被分成三部分,低端地址从0x8000000到0x85800000-1的88MB空间给Linux内核使用;从0x85800000到0x86800000-1的16MB给CMEM的驱动,用来做ARM和DSP的大块数据交互,从0x86800000到0x88000000-1的24MB是DSP的代码和数据空间。
芯片的启动也是需要重点考虑的问题,一般情况下,是ARM启动,和传统的单核ARM一样,支持不同的启动方式,比如可以支持NAND,NOR,UART,SPI,USB,PCI等接口启动。DSP默认处于复位状态,只有通过ARM的应用下载代码并且解除复位以后,DSP才能跑起来。有些应用场景,需要DSP直接从外部上电就自启动,有些芯片也是支持这种模式的。
最后,关于芯片的通信和同步,这个是困扰很多工程师的问题,为了便于客户的开发和使用,TI提供了DSPLINK,CODECENGINE的DVSDK开发套件,基于DVSDK可以很方便的进行ARM+DSP的应用开发,下面对DVSDK的软件架构,各个软件模块的功能等做简要介绍。
DVSDK是多个软件模块的集成,包括纯DSP端的软件模块,ARM的软件模块和双核交互的软件模块。DVSDK的软件包都是基于实时软件模块(Real-Time-Software-Component:RTSC)的,还需要安装RTSC的工具XDC,XDC是TI开源的一个工具,可以支持跨平台的开发,能够最大程度的代码重用;如果需要进行纯ARM的开发,还需要ARM的编译工具以及Linux内核或者Wince的BSP;如果需要进行DSP的算法开发或者DSP端开执行代码生成,还需要安装DSP的编译器cgtools和DSP/BIOS;为了便于配置生成DSP端的可执行代码,通过向导生成Codec的RTSC包和可执行代码,还可以选装ceutils和cg_xml。