標(biāo)題：TMS320C55x嵌入式實(shí)時多任務(wù)系統(tǒng)DSP/BIOS II

引言

現(xiàn)在，由于復(fù)雜的硬件功能已經(jīng)集成到標(biāo)準(zhǔn)集成電路中，系統(tǒng)開發(fā)人員首先應(yīng)該知道如何選擇合適的芯片，然后基于此硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者有兩種選擇：使用專用集成電路或可編程DSP實(shí)現(xiàn)信號處理。相比之下，可編程DSP有兩個優(yōu)點(diǎn)：

可擴(kuò)充性：設(shè)計(jì)者可以根據(jù)要求的處理效率，和需要的資源來量體選用DSP及所需的片數(shù)。

可升級性：將硬件的升級轉(zhuǎn)化成比較容易升級的軟件改動。

使用可編程DSP時，必須對芯片的各種資源(例如CPU,存儲區(qū)，外設(shè)等)加以管理規(guī)劃，通過DSP/BIOS可以輕松的完成這些工作。

TI公司TMS320C5000系列都帶有嵌入式DSP/BIOS，它有很強(qiáng)的實(shí)時分析和任務(wù)實(shí)時管理能力，可以有效的提高項(xiàng)目的開發(fā)效率，尤其表現(xiàn)在需要實(shí)時多任務(wù)的大型系統(tǒng)中。圖1為DSP/BIOS的部件結(jié)構(gòu)。

DSP/BIOS II簡述

TI公司的DSP/BIOS II 是在DSP/BIOS I 基礎(chǔ)上的擴(kuò)展。它支持更多的軟件模塊，通過修改內(nèi)核提供搶先式多任務(wù)服務(wù)；它把傳統(tǒng)并行處理系統(tǒng)的內(nèi)核服務(wù)集成為可測試內(nèi)核；它增加了設(shè)備獨(dú)立的I/O數(shù)據(jù)流模型，繼續(xù)保留已有的數(shù)據(jù)管道；它增加了動態(tài)內(nèi)存分配與內(nèi)存管理。

TI的開發(fā)平臺CCS IDE 2.0中集成了DSP/BIOS II，可以對程序進(jìn)行實(shí)時跟蹤與分析，提高應(yīng)用程序開發(fā)的可靠性。可以在CCS插件中實(shí)時觀察DSP/BIOS內(nèi)核中各線程的執(zhí)行狀態(tài)與對象的當(dāng)前屬性。通過設(shè)置工具，開發(fā)者可以對各個模塊實(shí)行配置。

DSP/BIOS II 核心API技術(shù)

目標(biāo)應(yīng)用程序通過調(diào)用DSP/BIOS II的API來獲得運(yùn)行時的服務(wù)。一個單個DSP/BIOS II 模塊可以管理多種類的內(nèi)核對象，并且依據(jù)全局參量的設(shè)定來控制整個行為。DSP/BIOS II 可以歸納為六大種類：

內(nèi)核執(zhí)行線程



圖1  DSP/BIOS 部件結(jié)構(gòu)圖



圖2  線程優(yōu)先級示意圖



圖3  數(shù)據(jù)流示意圖



圖4 數(shù)據(jù)管道示意圖

DSP/BIOS II提供四類不同的執(zhí)行線程。每一類線程又具有不同的執(zhí)行、搶先和懸掛特性。DSP/BIOS II 支持兩個高優(yōu)先級的中斷線程和事先備好的后臺空閑過程循環(huán)。內(nèi)核執(zhí)行線程通過HWI, SWI和IDL模塊進(jìn)行管理。另外，DSP/BIOS II新提供了多任務(wù)線程類，能較好的完成任務(wù)間的同步，它由TSK模塊管理，在任何執(zhí)行時刻為懸掛和恢復(fù)執(zhí)行同步，包括調(diào)整自身或其他任務(wù)的優(yōu)先級。這種同步化的任務(wù)給并發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)。

硬件抽象

DSP/BIOS II 提供硬件的邏輯接口。它獨(dú)立于硬件實(shí)現(xiàn)。它對硬件部分的訪問、配置，內(nèi)存映射、片內(nèi)定時器和硬件中斷等進(jìn)行抽象，簡化了應(yīng)用的移植。它通過可視化的設(shè)置工具定義內(nèi)存映射、中斷向量表，對定時器編程，和完成動態(tài)的內(nèi)存分配與釋放。

設(shè)備獨(dú)立I/O

設(shè)備獨(dú)立I/O模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，傳輸可以在DSP與外設(shè)之間和多線程之間進(jìn)行。DSP/BIOS II 支持?jǐn)?shù)據(jù)管道(pipe)和數(shù)據(jù)流(stream)兩種傳送方式。數(shù)據(jù)管道是在讀寫線程之間快速傳送數(shù)據(jù)的小型統(tǒng)一部件。數(shù)據(jù)流為緩沖方案增加了靈活性使之適應(yīng)更廣的需求。數(shù)據(jù)流依靠多個潛在的設(shè)備驅(qū)動器，這種設(shè)備驅(qū)動器封裝了設(shè)備獨(dú)立的屬性與方法。在數(shù)據(jù)通過堆疊(stacking)機(jī)制傳送時，設(shè)備驅(qū)動器能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)處理操作，驅(qū)動器在數(shù)據(jù)通道中實(shí)行流水線處理。PIP和SIO模塊分別管理目標(biāo)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)管道和流的傳送服務(wù)。SIO同DEV模塊結(jié)合，使DEV通過SIO發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

線程間的通信和同步

DSP/BIOS II 中的線程間通信和同步模塊支持多任務(wù)。信號量(semaphores)是最主要的同步方式。任務(wù)運(yùn)用信號量保持同步資源訪問的同步。訪問外設(shè)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以及訪問共享存儲區(qū)都是資源同步的典型事例。信號量還控制著多任務(wù)執(zhí)行的同步。信號量由SEM模塊管理，而LCK模塊提供共享資源的判優(yōu)和互斥。數(shù)據(jù)隊(duì)列可用于線程間通信。郵箱(mailbox)類似于數(shù)據(jù)隊(duì)列，能夠理想的完成任務(wù)通信。數(shù)據(jù)隊(duì)列由QUE模塊管理，郵箱模塊由MBX管理。

實(shí)時分析

實(shí)時分析(TRA)模塊在應(yīng)用程序執(zhí)行期間與DSP項(xiàng)目實(shí)時交互和診斷。LOG,STS和TRC模塊對這些功能進(jìn)行管理。主機(jī)與目標(biāo)板之間的數(shù)據(jù)傳輸能力對實(shí)施分析是非常關(guān)鍵的。DSP/BIOS提供HST和RTDX模塊來管理這些功能。CCS IDE中提供了以下六種實(shí)時分析工具：

—CPU負(fù)載圖

負(fù)載圖提供的是目標(biāo)CPU的負(fù)載曲線。CPU負(fù)載的定義是除去執(zhí)行最低優(yōu)先級任務(wù)以外的時間量。最低優(yōu)先級任務(wù)是只在其他線程都不運(yùn)行時才執(zhí)行的任務(wù)。因此，CPU負(fù)載包括從目標(biāo)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)和執(zhí)行附加后臺任務(wù)所需的時間。

——執(zhí)行圖示

在執(zhí)行圖示窗口中，我們可以看到各個線程的活動方式。執(zhí)行圖的刷新速率可以通過RTA控制版設(shè)定。圖形中還包括了信號量的活動，周期性函數(shù)標(biāo)記(tick)，和時鐘模塊標(biāo)記。執(zhí)行圖示能從整體上看到項(xiàng)目所有線程的活動狀態(tài)。

——主機(jī)通道控制

利用信道控制窗口可以把文件綁定在定義的主機(jī)通道上，啟動信道上的數(shù)據(jù)傳輸以及監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸流量。

——信息記錄

選定某一記錄名，從此窗口可看到程序運(yùn)行的信息記錄。主機(jī)從目標(biāo)板獲取DSP/BIOS數(shù)據(jù)期間的記錄信息將顯示在此窗口中。開發(fā)者定義的記錄信息也顯示在窗口中。

——統(tǒng)計(jì)觀察

統(tǒng)計(jì)觀察窗可以計(jì)算出事件、變量出現(xiàn)的次數(shù)，給出其最大值，最小值和平均值，監(jiān)測定時時間和變量的增值的實(shí)際值和期望值差。

——實(shí)時控制面板

它對運(yùn)行時間中不同類型進(jìn)行追蹤控制，在默認(rèn)情況下，所有類型的跟蹤都是允許的。為跟蹤任意一種類型，必須使能全局主機(jī)(GLOBAL HOST)。通過實(shí)時改變控制版的屬性，還可以設(shè)定實(shí)時分析工具的刷新頻率。