太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 基于t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 的嵌入式視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 1 m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 ( 達(dá)芬奇) 是美國(guó)德州儀器公司最新推出的嵌入式視 頻系統(tǒng)芯片。本人碩士學(xué)位論文的研究工作圍繞基于1 m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 嵌入 式視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)而展開(kāi)。 先對(duì)嵌入式系統(tǒng)的原理與構(gòu)件進(jìn)行敘述，給出了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的流 程圖。在詳細(xì)分析嵌入式雙核( a r m + d s p ) 微處理器1 m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能的基礎(chǔ)上，提出了一種基于該處理器的嵌入式視頻系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)方案方法并實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)要求，配置了音視頻編解碼、硬盤(pán)、d d r 2 、 n a n d n o r f l a s h 、u s b 、s r a m 、c p l d 、1 2 c 、c f 卡、網(wǎng)口、串口、顯示 等模塊。介紹了各主要模塊的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程、調(diào)試步驟和注意事項(xiàng)等工作。 敘述了各主要模塊的軟件流程設(shè)計(jì)、代碼設(shè)計(jì)以及軟件調(diào)試等。之后研究 了d m 6 4 4 6 嵌入式視頻系統(tǒng)l i n u x 操作系統(tǒng)的引導(dǎo)啟動(dòng)過(guò)程。論文最后探 討了如何在操作系統(tǒng)之上運(yùn)行音視頻編解碼算法。 針對(duì)高速設(shè)備的設(shè)計(jì)方法查閱了大量資料，硬件電路板分為核心板和 擴(kuò)展板。其中核心板采用8 層板布線，擴(kuò)展板采用4 層板布線。在設(shè)計(jì)硬 件電路的時(shí)候?qū)Σ季€的抗干擾性等做了較為充分的考慮。 為提高軟、硬件整體可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中使用了多種方法： 多層p c b 設(shè)計(jì)，使線路板結(jié)構(gòu)緊湊，信號(hào)層與地層相鄰；低電壓復(fù)位、散 熱、抗電磁干擾等技術(shù)：按照軟件工程的要求進(jìn)行系統(tǒng)分析，規(guī)劃系統(tǒng)框 圖，流程分析等，從而最大限度地減小了錯(cuò)誤的發(fā)生。該系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試通 過(guò)，硬件性能穩(wěn)定、可靠，b o o t - l o a d e r 及操作系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞：嵌入式視頻系統(tǒng)，t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 ，a r m ，d s p ，u s b 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 e m b e d d e dv i d e os y s t e md e s i g n b a s e do nt m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 a b s t r a c t t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 ( d a v i n c i ) i st h el a t e s te m b e d d e dv i d e os y s t e mc h i p r e l e a s e db yt e x a si n s t r u m e n t t h er e s e a r c hw o r ki nt h i sp a p e ri sm a i n l ya b o u t t h e d e s i g n a n d i m p l e m e m o fe m b e d d e dv i d e o s y s t e m b a s e do n t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 f i r s t l y , i td e s c r i b e st h et h e o r ya n ds t r u c t u r eo fe m b e d d e ds y s t e m ，d i s c u s s e s t h ef l o wc h a r to fe m b e d d e ds y s t e m d e v e l o p m e n t s e c o n d l y , a f t e rd e t a i l e d i n t r o d u c t i o no ft h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no fd u a l - c o r ep r o c e s s o rf a r m & d s p ) t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 ，i tp u t sf o r w a r dt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o nm e t h o do ft h e e m b e d d e dv i d e o s y s t e mb a s e do nt m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 a c c o r d i n gt os y s t e m r e q u i r e m e n t ，i td e s i g n sm o d u l e si n c l u d i n gv i d e oc o d e c ，a u d i oc o d e c ，h a r d - d i s k ， d d r 2 ，n a n d n o rf l a s h ，n a n d ，s r a m ，c p l d ，1 2 c ，c fc a r d ，e t h e m e t ， u a r t , a n dl c de t c t h e n ，i ti n t r o d u c e st h eh a r d w a r ed e s i g n i n g ，d e b u g g i n g p r o c e d u r e sa n dp o i n t e so u ts o m ek e yn o t e si nr e a l i z i n gah a r d w a r es y s t e m a l s o ， i td e s c r i b e sf l o w c h a r t ，r e a l i z i n gp r o c e d u r e a n d d e b u g g i n g i ns o f t w a r e d e v e l o p m e n t a 舭rt h a t i ti n t r o d u c e sh o wt ob o o tt h et m s 3 2 0 d m 6 4 4 6l i n u x o p e r a t i n gs y s t e r r la tl a s t ，i td i s c u s s e sa b o u tt h ed e s i g no fa u d i o v i d e oc o d e c a l g o r i t h mr u n n i n go nl i n u xo p e r a t i n gs y s t e m w es e a r c h e da n dr e a dl o t so fm a t e r i a la b o u th i 曲s p e e dd e s i g na n do u r c i r c u i ti sc o m p o s e do fc o r eb o a r da n de x p e n d e db o a r d t h ec o r eb o a r di sa n8 l a y e rr o u t e db o a r dw h i l et h ee x p e n d e db o a r di sa4l a y e ro n e w h e nd e s i g n i n g t h i sb o a r d ，t h ea n t i i n t e r f e r e n c ec a p a b i l i t yi sm u c hc o n s i d e r e d t oi m p r o v et h es t a b i l i t yo fb o t hh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，t h ef o l l o w i n g m e t h o di si n t r o d u c e di ns y s t e md e s i g n ：t e c h n i q u e sc o n c e r n i n gl o w - p o w e r r e s e t ， n 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 a n t i 。e l e c t r o n i c 。m a g n e t i ci n t e r f e r e n c ea n dt h e r m a lp a d ；m u l t i - l a y e rp c br o u t i n g ， w h i c hm a k e sa c o m p a c ts t r u c t u r ea n da r r a n g e ss i g n a ll a y e rn e x tt og r o u n dl a y e r ； a n a l y s i ss y s t e m ，p l a ns y s t e mb l o c kd i a g r a ma n dd e s i g nf l o wc h a r ta c c o r d i n gt o t h em e t h o do f s o f t w a r ep r o j e c t t h i sg r e a t l yd e c r e a s e se r r o rc o n d i t i o n s a f t e ra l l ， t h i s s y s t e m h a sb e e nt e s t e do fs t a b l e r u n n i n g ，w h i c h i n c l u d e h a r d w a r e ， b o o t - l o a d e ra n dl i n u xo p e r a t i n gs y s t e m k e yw o r d s ：e m b e d d e d s y s t e m ，t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 ，u s b ，a r m ，d s p i i i 聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文。是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下， 獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文 不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的科研成果。對(duì)本文的研究 做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的 法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 壁 蕉! 龍 i 關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解太原理工大學(xué)有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定，其 中包括：學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門(mén)送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印 件；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文； 學(xué)校可允許學(xué)位論文被查閱或借閱；學(xué)校可以學(xué)術(shù)交流為目的。 復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi) 容( 保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定) o 簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期：o 孟瑤6 。 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 o 1 本課題研究的背景和意義 刖看 基于1 m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 ( 簡(jiǎn)稱(chēng)為d m 6 4 4 6 ) 的嵌入式視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括硬 件、軟件、操作系統(tǒng)、音視頻編解碼算法等工作。該系統(tǒng)以耵公司的d m 6 4 4 6 芯片為 嵌入式處理器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻數(shù)據(jù)的高效處理。d m 6 4 4 6 又稱(chēng)為達(dá)芬奇芯片，是1 1 公 司投資5 0 0 0 萬(wàn)美元最新推出的視頻處理片上系統(tǒng)s o c 芯片。該芯片在2 0 0 7 年初提交基 本定型的市售版本，今后還將不斷推出更高時(shí)鐘的升級(jí)版本。本課題于2 0 0 6 年3 月得 到相關(guān)技術(shù)資料，并進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，印制板布線等；于2 0 0 6 年末獲得d m 6 4 4 6 芯 片的測(cè)試版，開(kāi)始系統(tǒng)調(diào)試。于2 0 0 7 年初完成系統(tǒng)軟硬件的調(diào)試和嵌入式操作系統(tǒng)的 移植。德州儀器公司高層聞?dòng)嵑?，? 0 0 7 年3 月2 5 、2 6 開(kāi)兩天專(zhuān)程到我校實(shí)驗(yàn)室參觀， 確認(rèn)我校通信與嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在全國(guó)高校最先完成達(dá)芬奇視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 d m 6 4 4 6 芯片提供一個(gè)視頻處理子系統(tǒng)，支持圖像縮放、自動(dòng)聚焦、自動(dòng)曝光、自 動(dòng)白平衡、c f a 插值、隔行逐行轉(zhuǎn)換、畫(huà)中畫(huà)、o s d 數(shù)據(jù)混合等一系列圖像處理功能。 視頻處理子系統(tǒng)包括一個(gè)視頻前端和一個(gè)視頻后端。視頻前端用于圖像采集，視頻后端 主要用于視頻播放，視頻協(xié)處理器則主要用于圖像編解碼工作，適當(dāng)減輕d s p 的負(fù)擔(dān)。 此外芯片集成的a t a 硬盤(pán)控制器可以直接連接硬盤(pán)，用于采集視頻數(shù)據(jù)的大容量存儲(chǔ)。 此外存儲(chǔ)器還包括f l a s h ，d d r 2s d r a m ，s r a m 等模塊。系統(tǒng)同時(shí)設(shè)計(jì)了多媒體卡 接口，進(jìn)一步提高了存儲(chǔ)器容量。語(yǔ)音接口a s p 主要用于音頻數(shù)據(jù)的采集和播放。u s b 2 0 接口支持高速4 8 0 m b p s 的高速u(mài) s b 傳輸。1 2 c 、s p i 、u a r t 等則為多種設(shè)備的互聯(lián)提 供了便利，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)整體性能。 本課題的意義在于：嵌入式視頻系統(tǒng)是當(dāng)前圖像研究的熱點(diǎn)，在p d a 、可視電話、 數(shù)字電視、數(shù)字機(jī)頂盒、數(shù)字監(jiān)控等許多場(chǎng)合都有其廣泛的應(yīng)用。d m 6 4 4 6 是1 1 于0 5 年1 2 月最新推出的高集成度的數(shù)字視頻處理器，可以實(shí)現(xiàn)完整的d 1 格式的h 2 6 4 視頻 編解碼功能。在操作系統(tǒng)和d m 6 4 4 6 相關(guān)庫(kù)函數(shù)的支持下進(jìn)行嵌入式視頻系統(tǒng)研究的條 件已經(jīng)成熟。嵌入式視頻系統(tǒng)是當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 0 2 論文完成的工作 在基于d m 6 4 4 6 的嵌入式視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，本論文主要做了以下工作： 1 有效利用3 2 位高端微處理器( a r m + d s p ) 的處理能力，提出了該系統(tǒng)完整的 設(shè)計(jì)方案。 2 實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。獨(dú)立完成芯片選型，系統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)，8 層核心板 和4 層擴(kuò)展扳的p c b 設(shè)計(jì)、制作及調(diào)試等工作。完成了各模塊程序設(shè)計(jì)和調(diào)試工作。 為移植嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行了嘗試和準(zhǔn)備。 3 研究了d m 6 4 4 6 上電啟動(dòng)過(guò)程，討論了嵌入式l i n u x 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)向d m 6 4 4 6 的移植方法和運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上的音視頻編解碼算法設(shè)計(jì)。 0 3 論文的組織 第一章討論了嵌入式系統(tǒng)的原理構(gòu)成以及嵌入式視頻系統(tǒng)的發(fā)展：第二章詳細(xì)介紹 了d m 6 4 4 6 芯片的結(jié)構(gòu)特性和功能，對(duì)a r m 子系統(tǒng)、d s p 子系統(tǒng)和視頻子系統(tǒng)分別作 了介紹；第三章提出了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)做了解釋和說(shuō) 明：第四章討論系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的方法和實(shí)現(xiàn)的過(guò)程；第五章對(duì)d m 6 4 4 6 嵌入式視頻系統(tǒng) l i n u x 操作系統(tǒng)的引導(dǎo)過(guò)程做了研究，對(duì)運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上的音視頻編解碼算法進(jìn)行 了探討。最后，對(duì)本論文的工作進(jìn)行總結(jié)，提出了本系統(tǒng)可改進(jìn)之處并對(duì)今后從事嵌入 式視頻系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提出展望。 2 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 1 1 嵌入式系統(tǒng)概述 第一章嵌入式系統(tǒng)原理 嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用 系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)【”。 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)( 簡(jiǎn)稱(chēng)嵌入式系統(tǒng)) 與商用、家用計(jì)算機(jī)一樣都由軟件、硬件和 操作系統(tǒng)構(gòu)成，但與普通商用、家用計(jì)算機(jī)嵌入系統(tǒng)不同的是它一般并不獨(dú)立使用，而 是作為板級(jí)模塊或者芯片存在于應(yīng)用系統(tǒng)中，承擔(dān)中央控制及科學(xué)計(jì)算任務(wù)。嵌入式系 統(tǒng)在信息家電、遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)1 2 】： 面向特定應(yīng)用 嵌入式c p u 大多工作在為特定用戶(hù)群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積 小、集成度高等特點(diǎn)。 科技含量高 。 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相 結(jié)合后的產(chǎn)物。 產(chǎn)品利潤(rùn)豐厚 嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn) 行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長(zhǎng)的生命周期，而且不易盜版。這些特 點(diǎn)為嵌入式系統(tǒng)提供了豐厚的產(chǎn)品利潤(rùn)。 應(yīng)用前景廣闊 嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展一定與其廣闊的應(yīng)用密切相關(guān)。這個(gè)具有廣闊前景的領(lǐng)域集 中了大量高科技人才，其產(chǎn)品能夠有效地解決具體應(yīng)用問(wèn)題，并提供豐厚的利潤(rùn)回報(bào)。 是未來(lái)幾十年最具競(jìng)爭(zhēng)力的行業(yè)之一。 今天嵌入式系統(tǒng)給我們帶來(lái)的工業(yè)年產(chǎn)值已經(jīng)超過(guò)1 力- 億美元。它正在成為信息技 術(shù)爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年有超過(guò)l 萬(wàn)個(gè)新的嵌入式系統(tǒng)計(jì)劃產(chǎn)生，它們被廣泛 的應(yīng)用到工業(yè)控制、仿真系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、信息家電、通信設(shè)備等眾多領(lǐng)域中。 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 1 2 嵌入式處理器 嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，其特點(diǎn)表現(xiàn)在：對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持 能力，有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限 度；具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，避免在嵌入式軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用 1 3 1 。 大多數(shù)單片機(jī)m i p s 值低，缺少協(xié)議處理功能，外接e t h e m e t 時(shí)實(shí)現(xiàn)t c p i p 協(xié)議困 難。目前a r m 系列、m o t o r o l a 系列、m i p s 系列、s h h p - r i s c 等系列c p u 性能價(jià)格 比良好、軟件資源豐富、開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)單。不足之處是單個(gè)芯片運(yùn)算處理能力相對(duì)較弱， 尤其對(duì)于視頻數(shù)據(jù)的處理，光依靠a r m 或者d s p 芯片，很難做到控制和計(jì)算能力都好。 t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 ( 簡(jiǎn)稱(chēng)為d m 6 4 4 6 ) 屬雙核嵌入式處理器，內(nèi)部集成了a r m 9 2 6 e j s 內(nèi)核和c 6 4 x + d s p 內(nèi)核。a r m 主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制功能，而d s p 主要負(fù)責(zé)高密度數(shù)據(jù)處 理。d s p 數(shù)據(jù)處理能力達(dá)到了4 7 5 2 m i p s 。移植嵌入式操作系統(tǒng)后可更大限度地發(fā)揮硬 件作用，構(gòu)成一個(gè)良好的基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 1 3 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)作為一個(gè)最小的實(shí)時(shí)內(nèi)核提供多任務(wù)管理、任務(wù)問(wèn)通信和同步、內(nèi) 存管理、時(shí)間管理等重要服務(wù)。 操作系統(tǒng)內(nèi)核是管理微處理器時(shí)間的軟件，確保所有實(shí)時(shí)性要求高的事件盡可能高 效地得到服務(wù)。操作系統(tǒng)內(nèi)核也支持將系統(tǒng)分成多個(gè)獨(dú)立的任務(wù)，每個(gè)任務(wù)處理系統(tǒng)功 能的一部分，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核就是要在資源有限的嵌 入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)高效的操作系統(tǒng)管理，從而將系統(tǒng)軟件開(kāi)銷(xiāo)降到最低。 操作系統(tǒng)內(nèi)核的主要功能包括內(nèi)存管理、任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間通信和同步、中斷和異 步事件處理，系統(tǒng)時(shí)鐘管理等【4 】o 內(nèi)存管理 實(shí)時(shí)內(nèi)核為每個(gè)任務(wù)在內(nèi)存中創(chuàng)建并管理任務(wù)控制塊( t c b ) 。它保存具體任務(wù)的 相關(guān)信息，記錄任務(wù)的狀態(tài)、任務(wù)優(yōu)先級(jí)、指向任務(wù)堆棧頂?shù)闹羔樢约捌渌c內(nèi)核有關(guān) 的信息。每個(gè)任務(wù)有各自獨(dú)立的堆棧，能夠訪問(wèn)大多數(shù)c p u 寄存器。內(nèi)核由事件驅(qū)動(dòng)， 在任務(wù)之間進(jìn)行上下文切換，即保存c p u 寄存器內(nèi)容到當(dāng)前任務(wù)堆棧，保存堆棧指針 到當(dāng)前任務(wù)的t c b 中，從新任務(wù)的t c b 中裝載堆棧指針，并將新任務(wù)的上下文裝載到 4 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 c p u 寄存器中。 多任務(wù)調(diào)度 確定性和實(shí)時(shí)性是嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的重要特征。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)在任務(wù)之 間分配c p u 執(zhí)行時(shí)間，確保任務(wù)的時(shí)間要求及時(shí)得到滿(mǎn)足。對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合， 一般不用時(shí)間片循環(huán)任務(wù)調(diào)度而采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略，為任務(wù)分配不同的優(yōu)先級(jí)，支持 高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，確保c p u 總是分配給優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。 任務(wù)問(wèn)通信和同步 實(shí)時(shí)內(nèi)核為任務(wù)間通信提供信號(hào)量、消息郵箱、消息隊(duì)列等內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)任 務(wù)問(wèn)消息傳遞、事件通知、互斥等機(jī)制。 信號(hào)量用于控制對(duì)共享資源的訪問(wèn)( 實(shí)現(xiàn)互斥) 、標(biāo)記事件發(fā)生、保證任務(wù)間同步。 任務(wù)訪問(wèn)共享資源如數(shù)據(jù)關(guān)鍵區(qū)或i o 設(shè)備時(shí)，任務(wù)之間必須彼此同步確保互斥，避免 共享變量或全局內(nèi)存變量發(fā)生非正常的數(shù)據(jù)修改。在所有使用同一資源的任務(wù)中，只有 占有信號(hào)量的任務(wù)才能進(jìn)入關(guān)鍵數(shù)據(jù)區(qū)，對(duì)共享資源進(jìn)行操作。使用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)互斥機(jī) 制必須維護(hù)一個(gè)等待該信號(hào)量的就緒任務(wù)隊(duì)列。信號(hào)量還可用于計(jì)數(shù)來(lái)標(biāo)記事件發(fā)生。 但是過(guò)多使用信號(hào)量會(huì)產(chǎn)生很大的上下文轉(zhuǎn)換和c p u 開(kāi)銷(xiāo)。因此設(shè)計(jì)高效、低開(kāi)銷(xiāo)的 信號(hào)量是提高操作系統(tǒng)效率、減少額外開(kāi)銷(xiāo)必須考慮的因素。 實(shí)時(shí)內(nèi)核提供消息傳遞和消息隊(duì)列在任務(wù)之問(wèn)、任務(wù)和中斷服務(wù)例程( i s r ) 之間 的數(shù)據(jù)交換和消息傳遞。實(shí)時(shí)內(nèi)核包含一個(gè)郵箱，也就是一個(gè)指針變量和等待該郵箱消 息的任務(wù)隊(duì)列。一個(gè)任務(wù)可以使用內(nèi)核提供的郵箱服務(wù)，等待郵箱中的消息。如果此時(shí) 郵箱中有消息，該任務(wù)就提取其中的消息，開(kāi)始執(zhí)行。如果郵箱中無(wú)消息，任務(wù)進(jìn)入該 等待隊(duì)列等待消息到來(lái)。消息隊(duì)列與消息郵箱的工作方式相似，但消息隊(duì)列為指針數(shù)組， 可存放多條消息。 響應(yīng)中斷和異步事件處理 實(shí)時(shí)內(nèi)核利用中斷服務(wù)例程i s r 處理中斷事件，并提供重要服務(wù)對(duì)異步事件發(fā)出通 知。i s r 必須使用內(nèi)核服務(wù)保存所有的c p u 寄存器，將i s r 己經(jīng)進(jìn)入事件告知系統(tǒng)內(nèi) 核。系統(tǒng)內(nèi)核使用嵌套計(jì)數(shù)器決定當(dāng)前中斷的嵌套級(jí)別。i s r 完成時(shí)必須通知內(nèi)核i s r 結(jié)束，激活內(nèi)核提供的下一個(gè)服務(wù)。中斷返回到上一級(jí)中顫嵌套級(jí)別時(shí)，內(nèi)核判斷如果 沒(méi)有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)就緒，那么內(nèi)核恢復(fù)c p u 寄存器內(nèi)容，中斷任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行：如 果有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)己經(jīng)就緒，那么內(nèi)核就保存中斷任務(wù)堆棧到其t c b 中，獲取新 任務(wù)的堆棧指針，裝載新任務(wù)堆棧到c p u 寄存器并執(zhí)行此任務(wù)。 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 系統(tǒng)時(shí)鐘管理 實(shí)時(shí)內(nèi)核為嵌入式多任務(wù)程序提供由硬件定時(shí)器完成的系統(tǒng)時(shí)問(wèn)機(jī)制，并提供延 遲、超時(shí)等重要的系統(tǒng)服務(wù)。硬件定時(shí)器周期性中斷c p u ，產(chǎn)生的中斷服務(wù)例程i s r 激 活內(nèi)核服務(wù)，由此服務(wù)負(fù)責(zé)更新系統(tǒng)內(nèi)部與時(shí)問(wèn)有關(guān)的變量。任務(wù)掛起執(zhí)行時(shí)間、延遲 任務(wù)等待時(shí)間都必須利用系統(tǒng)時(shí)鐘提供的重要服務(wù)。 嵌入式系統(tǒng)使用閃速存儲(chǔ)器( f l a s hm e m o r y ) 作為非易失存儲(chǔ)r o m ，與硬盤(pán)相比 存儲(chǔ)容量較?。簆 c 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，直接將協(xié)議實(shí)現(xiàn)代碼移植到小型專(zhuān) 用系統(tǒng)，則使用起來(lái)速度漫、效率低。必須使用相應(yīng)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的各類(lèi)協(xié)議棧 產(chǎn)品，如t c p i p 、v o i p 、n o 7 信令、m p 3 、語(yǔ)音識(shí)別、手寫(xiě)輸入、紅外傳輸?shù)鹊?，?能簡(jiǎn)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)難度、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提升產(chǎn)品質(zhì)量。 1 4 嵌入式視頻系統(tǒng) 嵌入式視頻系統(tǒng)是當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)熱門(mén)應(yīng)用。今天，嵌入式視頻監(jiān)控系 統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于銀行、賓館、商場(chǎng)、民航等領(lǐng)域的安全監(jiān)控報(bào)警等。在這些領(lǐng)域，數(shù)字 化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前景十分廣闊。同時(shí)視頻系統(tǒng)也可以用于公司的市場(chǎng)評(píng)估、市場(chǎng)調(diào)研 等經(jīng)濟(jì)高層應(yīng)用領(lǐng)域。隨著銀行等領(lǐng)域?qū)ΡO(jiān)控質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)功能等高級(jí)功能的要求日益迫 切，基于嵌入式架構(gòu)的數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越受到客戶(hù)的青睞p l 。 視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，它是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系 統(tǒng)，以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、 圖像處理技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也有長(zhǎng)足的發(fā)展，目前已經(jīng) 發(fā)展到第三代的嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)1 6 j 。 相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，嵌入式數(shù)字視頻系統(tǒng)在圖像質(zhì)量方面有了很 大的提高。新一代的d s p 產(chǎn)品的出現(xiàn)為大批量圖像數(shù)據(jù)的處理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 嵌入式視頻系統(tǒng)在與i n t e m e t 技術(shù)結(jié)合之后，數(shù)字化視頻系統(tǒng)得到了更好的發(fā)展。 視頻數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳播為實(shí)現(xiàn)高清晰的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控創(chuàng)造了條件。大容量磁盤(pán)存儲(chǔ)器 的發(fā)展為大容量視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了保障， 了網(wǎng)絡(luò)帶寬不足和誤碼率高等問(wèn)題?？傊?， 而h 2 6 4 、a v s 等優(yōu)秀圖像算法的出現(xiàn)解決 嵌入式視頻系統(tǒng)發(fā)展的春天已經(jīng)到束。 6 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章tm s 3 2 0 d m 6 4 4 6 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能 2 1t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 概述 d m 6 4 4 6 是n 公司于0 5 年1 2 月最新推出的高集成度的視頻芯片。該芯片為3 6 1 腳b g a 封裝，引腳間距為o 8 m m 。系統(tǒng)包括一個(gè)a r m 子系統(tǒng)、一個(gè)d s p 子系統(tǒng)和一 個(gè)視頻處理子系統(tǒng)( v p s s ) ，同時(shí)還帶有一個(gè)圖像協(xié)處理器( v i c p ) 和各種豐富的外設(shè)， 圖2 1 是其功能框圖 7 1 。 j t a gv l c p p l la r m 子系統(tǒng)d s p 子系統(tǒng) 視頻處理子 電源 16 k bi c a c h e6 4 k b l 2 系統(tǒng) 引腳 8 k bd 。c a c h e3 2 k b l ip g m 視頻前端 復(fù)用1 6 k b r a m8 0 k bl ld a t a視頻后端 8 k b r o m j 工i 工i ru 中央交換資源( s c r ) n i 外設(shè)l f a s p | | 1 2 cl is p l | | u a r t il g p i o l i e d m a | e i p w m m a c ijie u m s b ，iliw v 洲a t c hq d o g 。l ，l ，r a ：x a i c f l 圖2 一lt m s 3 2 0 d m 6 4 4 6 功能框圖 f i g u r e2 - 1t m s 3 2 0 d m 6 4 4 6f u n c t i o n a lb l o c kd i a g r a m a r m 采用a r m 9 2 6 e j s t m 內(nèi)核，主頻達(dá)2 9 7 m h z ；d s p 采用c 6 4 x + t m 內(nèi)核，主頻 達(dá)5 9 4 m h z ，指令數(shù)更是高達(dá)4 7 5 2 m i p s ；視頻處理子系統(tǒng)包括一個(gè)視頻前端和一個(gè)視 頻后端，支持圖像縮放、自動(dòng)聚焦曝光白平衡、c f a 插值、隔行逐行轉(zhuǎn)換、畫(huà)中畫(huà)、 o s d 數(shù)據(jù)混合等一系列圖像處理功能；外設(shè)包括d d r 2 控制器、a t a 硬盤(pán)控制器、u s b 2 0 接口和v l y n q 接1 2 1 等d m 6 4 4 6 與a r m 9 r m ； dc 6 4 x 軟件代碼兼容且a r m 和d s p 全 部采用固定的小端模式。 d m 6 4 4 6 基于達(dá)芬奇技術(shù)，它專(zhuān)為數(shù)字視頻應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有專(zhuān)用集成芯片專(zhuān)用性的 一面。同時(shí)a r m 和d s p 的內(nèi)核架構(gòu)許多地方都是用戶(hù)可編程的，又具備類(lèi)似于f p g a 7 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 等可編程器件的靈活性的一面。 2 2 d s p 子系統(tǒng) 2 2 1 概述 t m s 3 2 0 c 6 4 x + t m ( 簡(jiǎn)稱(chēng)c 6 4 x + ) 是t m s 3 2 0 c 6 0 0 0 t m 系列定點(diǎn)d s p 中性能最高的一 款。c 6 4 x + 的結(jié)構(gòu)框圖如圖2 2 所示f 羽。 緩存ll r a m l壁塑i c 6 4 x + c p u 磊聶雨函麗 緩存控制i 存儲(chǔ)器保護(hù)il l d 帶寬管理l r a m 緩存 r a m ， r o m 緩存 蔓 魚(yú) 芯片寄 存器 r a m ， r o m ，s m c 圖2 - 2t m s 3 2 0 c 6 4 x + r m 的結(jié)構(gòu)框圖 f i g u r e2 - 2t m s 3 2 0 c 6 4 x + t mb l o c kd i a g r a m c 6 4 x + 基于德州儀器公司開(kāi)發(fā)的第二代超長(zhǎng)指令字( v l l w ) 技術(shù)，其優(yōu)良的性能 使其特別適合于數(shù)字媒體應(yīng)用。 c 6 4 x + 最高工作頻率為5 9 4 m h z ，而其最高運(yùn)算速度更是高達(dá)4 7 5 2 m i p s 。其1 6 位 m a c 處理能力可以達(dá)到2 3 7 6 m m a c s ( m a c sp e r s e c o n d ) ，而8 位m a c 處理能力可以 達(dá)到4 7 5 2 m m a c s ( m a c sp e rs e c o n d ) 。c 6 4 x + d s p 擁有6 4 個(gè)3 2 位通用寄存器和8 個(gè) 獨(dú)立的功能單元( 2 個(gè)乘法器和6 個(gè)算術(shù)邏輯單元) 。 8 翥掣麓 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 2 2 2 存儲(chǔ)器組織 圖2 3t m s 3 2 0 c 6 4 x + “存儲(chǔ)空間結(jié)構(gòu) f i g u r e2 - 3t m s 3 2 0 c 6 4 x + t mm e m o r ys t r u c t u r e 圖2 3 是c 6 4 x + 的存儲(chǔ)空間結(jié)構(gòu)圖。c 6 4 x + 1 匈部存儲(chǔ)空問(wèn)采用二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)即。其 中一級(jí)存儲(chǔ)空間又分為獨(dú)立的一級(jí)程序空間( l i p ) 和一級(jí)數(shù)據(jù)空間( l i d ) 。一級(jí)程序 空問(wèn)( l i p ) 和一級(jí)數(shù)據(jù)空間( l l d ) 又分別可以設(shè)置為一級(jí)普通存儲(chǔ)空間( l 1s r a m ) 和一級(jí)高速緩存空間。二級(jí)緩存空間同樣可以設(shè)置為二級(jí)普通存儲(chǔ)空間( l 2s r a m ) 和 二級(jí)高速緩存空問(wèn)。 r a m 和高速緩存的設(shè)置及各內(nèi)部存儲(chǔ)空間之間的通信由下列控制器控制f l o l ： 程序空間控制器( p m c ) 數(shù)據(jù)空問(wèn)控制器( d m c ) 通用空間控制器( u m c ) 外部空間控制器( e m c ) l i p 存儲(chǔ)器控制器控制l i p 存儲(chǔ)器和c p u 取指通道的連接。l i p 緩存可以設(shè)為一 路聯(lián)想存儲(chǔ)器，其大小可以設(shè)置為4 k b ，8 k b ，】6 k b 或3 2 k b 。 l i d 存儲(chǔ)器控制器控制l i d 存儲(chǔ)器和c p u 數(shù)據(jù)通道的連接。l i d 緩存可以設(shè)為二 路聯(lián)想存儲(chǔ)器，其大小可以設(shè)置為4 k b ，8 k b ，1 6 k b 或3 2 k b 。 l 2 存儲(chǔ)囂控制器控制l 2 存儲(chǔ)器和l l 存儲(chǔ)器的連接。l i p 緩存可以設(shè)為四路聯(lián)想 9 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 存儲(chǔ)器，其大小可以設(shè)置為3 2 k b ，6 4 k b ，1 2 8 k b 或2 5 6 k b 。 d s p 內(nèi)部各模塊( l 1 p ，l i d ，l 2 和寄存器配置空間c f g ) 之聞的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò) 內(nèi)部d m a ( i d m a ) 完成。 d s p 內(nèi)部各模塊與外部存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)主d m a ( m d m a ) 和從d m a ( s d m a ) 來(lái)完成。如果傳輸由d s p 發(fā)起，則為主d m a ，若傳輸由d m 6 4 4 6 其它模塊 發(fā)起，則為從d m a 。 2 2 3d s p 中斷控制器 中斷控制器負(fù)責(zé)管理d s p 中斷事件。d s p 中斷系統(tǒng)可接受1 2 8 個(gè)系統(tǒng)事件以及不 可屏蔽和復(fù)位事件。d s p 中斷系統(tǒng)最終可以向d s p 內(nèi)核產(chǎn)生1 7 個(gè)中斷信號(hào)： 1 個(gè)硬件異?？善帘沃袛? e x c e p ) 1 2 個(gè)可屏蔽硬件中斷( i n t 4 到i n t l 5 ) 1 個(gè)不可屏蔽信號(hào)( 可作為中斷信號(hào)或異常信號(hào)處理) 1 個(gè)復(fù)位信號(hào)( r e s e t ) 中斷控制器之所以能把大量的事件映射到少量的中斷信號(hào)上，主要是因?yàn)橛幸韵氯?個(gè)模塊： 中斷選擇器：將所有的系統(tǒng)事件映射到1 2 個(gè)可屏蔽硬件中斷 事件合并器：將大量的系統(tǒng)事件歸為4 個(gè)事件 異常事件合并器：將所有的異常合并為一個(gè)硬件異常事件 2 2 4d s p 帶寬管理 c 6 4 x + d s p 有l(wèi) i p ，l i d ，l 2 以及配置總線等多種資源。c p u ，s d m a ，i d m a 和 一致性操作( c o h e r e n c e ) 等多個(gè)主控單元都要使用這些系統(tǒng)資源。為了避免某一資源長(zhǎng) 時(shí)卸占用系統(tǒng)資源而其它資源長(zhǎng)時(shí)間得不到系統(tǒng)的響應(yīng)，c 6 4 x + 使用帶寬管理機(jī)制來(lái)解 決這問(wèn)題。 d s p 帶寬管理使用一種加權(quán)優(yōu)先級(jí)來(lái)解決多個(gè)請(qǐng)求者同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)系統(tǒng)資源時(shí) 的擁塞問(wèn)題。系統(tǒng)茸先為每個(gè)主控單元( d m a ，i d m a ，c p u 等) 分配一個(gè)不同的優(yōu)先級(jí)。 優(yōu)先級(jí)從0 到8 共有9 個(gè)，其中0 為最高優(yōu)先級(jí)，8 為最低優(yōu)先級(jí)。 當(dāng)發(fā)生多個(gè)主控單元同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)資源時(shí)，高優(yōu)先級(jí)的主控單元優(yōu)先占用資源。但 當(dāng)連續(xù)多個(gè)周期發(fā)生同樣的資源競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，d m 6 4 4 6d s p 競(jìng)爭(zhēng)計(jì)數(shù)器確保低優(yōu)先絨的主控 1 0 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 在每n 個(gè)周期至少有一個(gè)周期得到服務(wù)。其中n 由相關(guān)寄存器m a x w a i t 位設(shè)置。每 當(dāng)沖突發(fā)生時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)計(jì)數(shù)器值自動(dòng)加。當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)計(jì)數(shù)值達(dá)到m a x w a i t 值時(shí)，低優(yōu)先 級(jí)主控的優(yōu)先級(jí)被暫時(shí)賦值為1 ，強(qiáng)制使低優(yōu)先級(jí)主控得到服務(wù)。 2 2 5d s p 存儲(chǔ)器保護(hù)枧制 c 6 4 x + 通過(guò)一系列c p u 優(yōu)先級(jí)和存儲(chǔ)系統(tǒng)權(quán)限結(jié)構(gòu)技術(shù)提供存儲(chǔ)器保護(hù)機(jī)制。存 儲(chǔ)器保護(hù)的主要好處是：避免操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)受不良代碼的影響；非法存儲(chǔ)器訪問(wèn)信息有 助于系統(tǒng)調(diào)試；嚴(yán)格區(qū)分管理模式和用戶(hù)模式，提高系統(tǒng)健壯性。 系統(tǒng)模式分為管理模式和用戶(hù)模式。在管理模式下可以訪問(wèn)外設(shè)寄存器和存儲(chǔ)器配 置區(qū)域。而用戶(hù)模式下只能訪問(wèn)操作系統(tǒng)指定其訪問(wèn)的存儲(chǔ)器區(qū)域。 c 6 4 x + 將內(nèi)存( l i p ，l 1 d ，l 2 ) 分成許多頁(yè)面，并對(duì)每個(gè)頁(yè)面設(shè)置權(quán)限。對(duì)每個(gè) 頁(yè)面，都對(duì)應(yīng)一個(gè)權(quán)限矢量，矢量格式如圖2 - 4 所示： f 允許訪問(wèn)的設(shè)備號(hào) f 傈留i 訪問(wèn)收嫩 f 圖2 - 4 權(quán)限矢量格式 f i g u r e2 - 4p e r m i s s i o nv e t ：t o tf o r m a t 圖中b i t 8 到b i t l 5 代表允許訪問(wèn)本頁(yè)面的設(shè)備號(hào)。如a i d 5 為一代表設(shè)備5 可以訪 問(wèn)本頁(yè)面，否則設(shè)備5 不可以訪問(wèn)本頁(yè)面。b i t 0 到b i t 5 則代表允許訪問(wèn)的類(lèi)型。訪問(wèn)類(lèi) 型包括在管理模式下可讀、可寫(xiě)、可執(zhí)行以及在用戶(hù)模式下可讀、可寫(xiě)、可執(zhí)行等六種 情況。 2 3 a r m 子系統(tǒng) 2 3 1 概述 a r m 9 2 6 e j s ( 簡(jiǎn)稱(chēng)a r m 9 2 6 ) 是一款高性能、低功耗的3 2 位r i s c 微處理器，不 僅支持標(biāo)準(zhǔn)3 2 位或1 6 位a r m 指令集，而且支持1 6 位t h u m b 指令集。處理的數(shù)據(jù)寬 度也可以是3 2 位、1 6 位或者8 位。圖2 5 是刖t m 子系統(tǒng)框圖。 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 主接口，一 主接口 1 6 k b 指令緩存l c p l 5 8 k b 數(shù)據(jù)緩存i m m u i - t c m 從接口 蘸 圖2 - 5 a r m 子系統(tǒng)框圖 f i g u r e2 - 5a r ms u b s y s t e mb l o c kd i a g r a m a r m 子系統(tǒng)( a 砌訂s s ) 主要包括以下模塊： 中斷控制 系統(tǒng)控制 p l l 0 p l l l 電源管理 系統(tǒng)外i 矧 c p l 5 、內(nèi)存管理單元( m m u ) 、1 6 k b 指令緩存和8 k b 緩存 1 6 k b 內(nèi)部r a m 和8 k b 內(nèi)部r o m 嵌入式跟蹤模塊和跟蹤緩沖( e 咖t b ) 中斷控制器、pl l 控制器、電源管理模塊及其他系統(tǒng)模塊等 a r m 子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)d m 6 4 4 6 系統(tǒng)的整體配置和模塊控制功能。d s p 子系統(tǒng)、圖 像處理子系統(tǒng)和大部分外圍模塊以及外部存儲(chǔ)器等都由a r m 9 2 6 控制。a r m 控制的外 圍模塊有： d d r 2 控制器 異步外圍存儲(chǔ)接口( a e mi f ) 增強(qiáng)型d m a ( e d m a ) 系統(tǒng) 串口( u a r t ) 定時(shí)器( t i m e r s ) 脈寬調(diào)制器( p w m ) 1 2 c 接口 m m c s d 卡控制器 音頻串口( a s p ) u s b 接口 a t a c f 接口 s p i 接口 以太網(wǎng)鏈路層控制器( e m a c ) 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 視頻處理前端( v p f e ) 視頻處理后端( v p b e ) 2 3 2 存儲(chǔ)器組織 a r m 子系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間包括：1 6 k b 內(nèi)部r a m 、8 k b 內(nèi)部r o m 、d d r 2 控制器控 制的2 5 6 1 0 3d d r 2 存儲(chǔ)器以及與片選信號(hào)c s 2 - - - - c s 5 對(duì)應(yīng)的外部存儲(chǔ)器。其中片選信號(hào) 對(duì)應(yīng)的外部存儲(chǔ)器包括n o rf l a s h 、n a n df l a s h 、高速s r a m 等。外部存儲(chǔ)器工作電壓 都為1 8 v 。此外，a r m 外圍存儲(chǔ)器還包括硬盤(pán)和c f 卡等。 由于d m 6 4 4 6 內(nèi)部集成了d d r 2 ( d o u b l ed a t ar a t e2 ) 控制器，所以同步接口只能 接d d r 21 6 3 2 位d d r 2 型s d r a m 。d d r 2 在時(shí)鐘的上升沿和下降沿都傳輸數(shù)據(jù)，并 擁有兩倍于上一代d d r 內(nèi)存預(yù)讀取能力( 即：4 b i t 數(shù)據(jù)讀預(yù)取) 。d d r 2 存儲(chǔ)器每個(gè)時(shí) 鐘能夠以4 倍外部總線的速度讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。另外d d r 2 控制器采用獨(dú)立的數(shù)據(jù)線和地址 線。 2 3 3d m 6 4 4 6 總線共享 2 3 3 1d m 6 4 4 6 總線共享機(jī)制 d m 6 4 4 6 將資源分為主設(shè)備和從資源。主設(shè)備包括：a r m ，d s p ，v p s s ，e d m a 3 傳輸控制器( t c0 i ) 和外圍主設(shè)備；從資源包括：外圍從設(shè)備和存儲(chǔ)器。如圖2 - 6 所 示i l l j ，左邊為主設(shè)備，其中外圍主設(shè)備包括u s b 接1 3 、以太網(wǎng)接1 3 、a t a c f 接口和 v l y n q 接1 3 ；右邊為從資源，其中外圍主設(shè)備包括語(yǔ)音串口、s p i1 3 、1 2 c 口、p w m 口和計(jì)數(shù)器t i m e r 等。 主設(shè)備訪問(wèn)從資源時(shí)要通過(guò)中央交換資源完成，從設(shè)備和存儲(chǔ)器之聞的數(shù)據(jù)傳輸用 e d m a 3 傳輸控制器t c o l 。a r m 和d s p 既可直接通過(guò)中央交換資源訪問(wèn)從資源，也 可先通過(guò)e d m a 3 控制器再通過(guò)中央交換資源訪問(wèn)從資源。 中央交換資源( s c r ) 為不同主設(shè)備分配各自?xún)?yōu)先級(jí)，當(dāng)有多個(gè)主設(shè)備同時(shí)訪問(wèn)從 設(shè)備時(shí)，由中央交換資源根據(jù)各主設(shè)備的優(yōu)先級(jí)和請(qǐng)求次序進(jìn)行仲裁。各主設(shè)備的優(yōu)先 級(jí)均為用戶(hù)可編程，用戶(hù)可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，以提高系統(tǒng)整體 性能。 此處要注意的是e d m a 3 的傳輸控制器t c 0 1 屬于主設(shè)備，其數(shù)掘傳輸也要經(jīng)過(guò)中 央交換資源的仲裁。 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 匹互卜一卜斗匹互固 l 壘型卜卜呻 由 臣互卜一 央 卜呻叵函圈i 墮! 卜卜呻 換 匝夏卜一 資 + - _ + 臣亟習(xí) 源 it c 0 卜_ 一其他外圍存儲(chǔ)器 n l 竺! i h 匆 v 豆蔞卜一一區(qū)困 圖2 - 6 d m 6 4 4 6 總線框架 f i g u r e2 - 6d m 6 4 4 6b u sa r c h i t e c t u r e 2 3 3 2e d m a 3 控制器 e d m a 3 屬第三代增強(qiáng)型d m a ，是在d m a 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它與傳統(tǒng)d m a 在 結(jié)構(gòu)上有很大的不同。d m a 控制器是基于寄存器結(jié)構(gòu)的，而e d m a 控制器是基于r a m 結(jié)構(gòu)的。不僅如此，e d m a 3 也與上一代e d m a 2 有很大差異。e d m a 2 主要用在c 6 4 系列的d s p 中，而e d m a 3 是d m 6 4 4 6 上最新設(shè)計(jì)的，它與e d m a 2 不同特性詳見(jiàn)表 2 1 。 表2 - 1e d m a 3 與e d m a 2 主要區(qū)別 t 曲l e2 1d i f f e r e n c eb e t w e e ne d m a 3a n de d m a 2 特性e d m a 2 e d m a 3 6 個(gè)3 2 位字8 個(gè)3 2 位字 參數(shù)r a m 源和目的參數(shù)相同源和目的參數(shù)不同 信道數(shù)1 6 或“1 2 8 獨(dú)立于e d m a 是e d m a 的一部分、信道 q d m a 信道對(duì)應(yīng)固定關(guān)系可編程 只由傳輸由傳輸擰制器和 優(yōu)先級(jí) 控制罌控制中央交換資源控制 事件隊(duì)列調(diào)試不可見(jiàn)調(diào)試可見(jiàn) 錯(cuò)誤檢測(cè)無(wú) 有 在e d m a 2 系統(tǒng)中所有的傳輸都經(jīng)過(guò)e d m a 2 傳輸控制器，而e d m a 3 系統(tǒng)只處理 從資源間的數(shù)據(jù)傳輸。e d m a 3 傳輸控制器t c 0 1 本身也作為中央交換資源中的主設(shè)備， 它與其它主設(shè)備的地位相當(dāng)，共同競(jìng)爭(zhēng)總線資源。d m 6 4 4 6 系統(tǒng)如此設(shè)計(jì)的好處是提高 4 太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 了系統(tǒng)并行能力。 2 3 3 3e d m a 3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) e d m a 3 控制器完成d m 6 4 4 6 所有存儲(chǔ)器和外圍從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。如圖2 7 所示。 圖2 7 e d m a 3 框圖 f i g u r e2 - 7e d m a 3 b l o c kd i a g r a m e d m a 3 包括兩個(gè)信道控制器( c c o ，i ) 和兩個(gè)傳輸控制器( t c 0 i ) 。圖2 7 虛線 左面為信道控制器，虛線右面為傳輸控制器。其中d m a q d m a 信道邏輯用于捕獲外部 觸發(fā)或手動(dòng)觸發(fā)的e d m a 事件，根據(jù)寄存器設(shè)定的各事件的優(yōu)先級(jí)對(duì)多個(gè)事件進(jìn)行排 序，并送往事件隊(duì)列。事件隊(duì)列有兩個(gè)，即隊(duì)列0 或1 ，每個(gè)隊(duì)列各能接受1 6 個(gè)事件排 隊(duì)。由于默認(rèn)情況下隊(duì)列0 比隊(duì)列1 的優(yōu)先級(jí)高，所以此處應(yīng)將有高實(shí)時(shí)性要求的事件 放入隊(duì)列0 。隊(duì)列o ，l 頭部的事件根據(jù)當(dāng)前事件對(duì)應(yīng)的參數(shù)r a m 控制參數(shù)分別向傳輸 控制器t c 0 i