關鍵詞：DSP/BIOS 管道 流I/O 主機

引 言

    對于數(shù)字信號處理應用來說，數(shù)據(jù)的通信很關鍵。在TI公司的DSP/BIOS環(huán)境下有3種通信方式，即基于管道（PIP，pipe）的通信、基于流（SIO，stream I/O）通道的通信以及基于主機（HST，host）通道的通信。每一種通信方式都是通過調(diào)度其相應的內(nèi)核對象來完成的。DSP/BIOS提供了管理每一種通信方式的模塊及相應地API調(diào)用，通過這些模塊及調(diào)用，可以完成DSP環(huán)境下的輸入/輸出 （I/O）。本文在對各種通信方式進行簡要介紹的基礎上,對各種通信方式進行比較，并給出利用PIP對象進行數(shù)據(jù)通信的1個例子。

1 通信方式簡介

    （1）主機通信

　　主機通信方式下，由HST對象完成主機與目標機之間的通信。HST對象靜態(tài)配置為輸入/輸出，每一個HST對象內(nèi)部是用數(shù)據(jù)管道對象來實現(xiàn)的。

　　開發(fā)DSP應用時，可以應用HST對象來模仿數(shù)據(jù)流和測試程序算法對數(shù)據(jù)的處理。在程序開發(fā)的早期，特別是在測試信號處理算法時，程序使用輸入通道對象訪問來自主機文件中的數(shù)據(jù)，以及使用輸出通道對象把算法處理過的結果反饋回主機一側，以供查驗或比較。在程序開發(fā)的后期，當算法開發(fā)完畢時，可以把HST對象改回到PIP對象，通過利用PIP對象完成外設真實數(shù)據(jù)與目標應用程序之間的通信。

    （2）管道通信

　　管道（PIP）對象用于管理塊I/O（也稱為基于流的I/O或者異步I/O）。每一個PIP對象維護著一個分為固定數(shù)量和固定大小的緩沖區(qū)（稱為幀）。所有的I/O操作在每一刻只處理1幀。盡管每一幀長度是固定的，但是應用程序可以在每一幀中放置可變數(shù)量的數(shù)據(jù)（但不能超過最大值）。管道有兩端，一端為寫線程，一端為讀線程。寫線程一端用于向管道中添加數(shù)據(jù)，讀線程一端用于從管道中讀取數(shù)據(jù)。管道能夠用于在程序內(nèi)的任意2個線程之間傳遞數(shù)據(jù)。經(jīng)常地，管道的一端由ISR控制，另一端由軟件中斷函數(shù)控制。數(shù)據(jù)通知函數(shù)（也稱為回調(diào)函數(shù)）用于同步數(shù)據(jù)的傳輸，包括通知讀函數(shù)和通知寫函數(shù)。當讀或?qū)?幀數(shù)據(jù)時，這些函數(shù)被觸發(fā)，以通知程序有空閑幀或者有數(shù)據(jù)可以利用。

    （3）流通信

　　流是一個通道，通過它，數(shù)據(jù)在應用程序與 I/O設備之間傳輸。流通道可以是只讀的（用于輸入）或者只寫的（用于輸出）。它對所有I/O設備提供了一個簡單通用接口，允許應用程序完全不用考慮每個設備操作的細節(jié)。流I/O的一個重要方面是它的異步特性。當應用程序正在處理當前緩沖區(qū)時，一個新的輸入緩沖區(qū)正在被添充和以前的緩沖區(qū)正在被輸出。流交換的是指針而不是數(shù)據(jù)，這就大大減少了開銷，使得程序更能滿足實時約束的要求。流模塊（SIO）通過驅(qū)動程序來與不同類型的設備打交道。驅(qū)動程序由DEV（Device）模塊管理。

　　設備驅(qū)動程序是管理一類設備的軟件模塊。這些模塊遵從通用接口（由DEV提供），因此，流函數(shù)能夠發(fā)出普通請求。圖 1 給出了流與設備之間的交互示意圖。

    （4）各種通信方式比較

　　DSP/BIOS支持兩種不同的數(shù)據(jù)傳輸模型，一種是管道模型，由PIP與HST模塊使用；另一種是流模型，由SIO與DEV模塊使用。2個模型都要求1個管道或者流具有1個讀線程和1個寫線程。2個模型都通過拷貝指針而不是數(shù)據(jù)來完成數(shù)據(jù)的拷貝。一般來說，管道模型支持低級通信，而流模型支持高級的、與設備無關的I/O。具體情況如表1所列。

表1 DSP/BIOS環(huán)境下通信方式的比較

2 基于管道通信的一個例子

　　在基于以上分析的基礎上，給出利用管道進行通信的1個例子。該例是音頻處理的一個例子。數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源輸入到編碼器以后經(jīng)量化通過串行口輸入到目標機，目標機處理完畢后再經(jīng)串行口發(fā)送到編碼器，由編碼器經(jīng)揚聲器輸出。圖2給出數(shù)據(jù)的流程圖。

    （1）管道設計

　　該例中，設計了DSS_rxPipe和DSS_txPipe兩個管道，其中DSS_rxPipe用于數(shù)據(jù)的接收，DSS_txPipe用于數(shù)據(jù)的發(fā)送。

    （2）線程設計

　　由于每個管道分別對應1個讀寫線程，因此，發(fā)送管道與接收管道總共需要4個讀寫線程。本例中為了簡化設計，只設計了2個線程。其中，音頻處理函數(shù)（設計為軟件中斷SWI）既作為接收管道的讀線程又作為發(fā)送管道的寫線程；串行口接收中斷處理服務例程ISR既作為接收管道的寫線程又作為發(fā)送管道的讀線程。

　　每次中斷發(fā)生時，串行口中斷服務例程（ISR）把數(shù)據(jù)接收寄存器（DRR）中的數(shù)據(jù)字（32位）拷貝到數(shù)據(jù)接收管道的一空閑幀中。當1幀被填滿時，ISR把該滿幀寫到數(shù)據(jù)接收管道中（通過調(diào)用PIP_put），供該管道的讀線程（即音頻處理函數(shù)）讀取。音頻處理函數(shù)執(zhí)行時，它讀取接收管道中的一滿幀，處理完畢后再把它寫到發(fā)送管道的一空閑幀中，供該管道的讀線程（即ISR）發(fā)送。每次ISR觸發(fā)時，它從發(fā)送管道中讀取一滿幀（若有的話），并每次32位字地發(fā)向串行口發(fā)送寄存器（DXR）直到1幀中的所有數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。然后，該空閑幀被回收到發(fā)送管道，供音頻處理函數(shù)（即該管道的寫線程使用）。需要注意的是，由于例子當中發(fā)送速率與接收速率一樣，因此，中斷處理函數(shù)不但負責數(shù)據(jù)的接收也負責數(shù)據(jù)的發(fā)送，并且每次中斷執(zhí)行時只發(fā)送1個32位字。

    （3）需注意的問題

　　PIP_alloc和PIP_put由PIP對象的寫線程調(diào)用，PIP_get和PIP_free由PIP對象的讀線程調(diào)用，這種調(diào)用順序是非常重要的。若打亂這種調(diào)用順序，將會產(chǎn)生不可預測的后果。因此，每一次對PIP_alloc的調(diào)用都要跟著對PIP_put的調(diào)用才能繼續(xù)調(diào)用PIP_alloc；對于PIP_get，情況也是如此。

另外，為了避免PIP調(diào)用過程中產(chǎn)生遞歸，作為通知讀/寫函數(shù)的一部分，應該避免調(diào)用PIP API函數(shù)。如果為了效率起見必須要這樣做，那么對諸如此類的調(diào)用應該加以保護，以阻止同一管道對象的重入以及錯誤的PIP API調(diào)用順序。例如，在發(fā)送管道的通知讀函數(shù)以及接收管道的通知寫函數(shù)的開始部分，我們添加了如下語句，以避免遞歸調(diào)用：

static Int nested = 0；

…

if (nested){/*防止由于調(diào)用PIP_get函數(shù)而產(chǎn)生的遞歸調(diào)用*/

return；

}

nested =1；

…

3 總 結

　　在DSP/BIOS提供的3種通信方式中，由于PIP對象的效率很高，因此使得它在基于DSP應用系統(tǒng)的輸入輸出中得到了廣泛的應用。但是，我們在利用其所提供的便利的同時，一定要妥善處理好通知讀/寫函數(shù)的編寫工作，以免發(fā)生遞歸調(diào)用，產(chǎn)生災難性的后果。