引 言

隨著DSP芯片類型的增多和技術的不斷提高，DSP向著多功能、高性能、低功耗方向發(fā)展，DSP硬件技術的更新速度也不斷加快，然而相關軟件技術的開發(fā)卻遠遠落后于硬件的開發(fā)。TMS320 DSP算法參考框架(Reference Framework，RF)的提出就是為了應對這個難題。RF為一種使用DSP／BIOS內核和TMS320 DSP算法標準的通用初始化代碼，用戶可以通過使用并修改該通用代碼使之符合eXpressDSP標準，以實現特定的應用。按復雜程度，從用于產生緊縮用戶系統的RFl，到可提供多算法多通道和不同運行級別的RF5等，參考框架分為多個等級，但目前應用最廣泛的為RFl、RF3和RF5。所有的參考框架都是應用程序可屏蔽的，每個參考框架可以適用于多種應用程序，包括音頻、視頻、網絡通信等。實際上，參考框架是應用程序的藍本。目前，存儲器管理策略、線程模型和通道封裝是開發(fā)者用于構建系統的主要通用框架單元。把這些工作移交給參考框架來做，開發(fā)者可以專注于自身系統的需求。開發(fā)者可以在參考框架的上層來構建自己的應用程序，而不用擔心下層模塊的穩(wěn)健性和對目標應用程序特性的適應性。參考框架包含了很多已設計成型并且可重用的C語言源代碼。當然，參考框架也提供了一些其他的調整入口點，以供應用程序做調整。參考框架的結構如圖1所示。左側的方框是可提供的框架成員。對于每一個成員，都有入口點，可用于改變相應的應用程序。右側的方框與左側的方框相對應，描述了相應框架所能做的改變，包括應用行為改變、算法替代、驅動改變和硬件改變。1 RF5框架參考框架。RF5適用于含有多通道和多算法結構的高密集度應用程序。與低等級參考框架不同，RF5使用線程(任務TSK)阻塞，可用于包含線程間有復雜依賴關系的應用程序。另外，RF5還具有可變的通道管理、基于任務TSK的應用程序、高效的任務間通信，以及結構化的線程安全控制機制，且易于替換I／O驅動設備和易于調試。參考框架最重要的要求就是保證易于與用戶硬件接口。每一個參考架構均被打包成基于TI DSP開發(fā)工具包或其他板卡的完整的應用程序。針對每一個板卡，可以提供不同等級的參考框架。對應用軟件進行調整以適合參考框架，主要有3個基本要求：調整算法單元和改變通道數量；調整應用程序以使其適應硬件系統；改變驅動以利于運行終端硬件。RF5提供了一個通道基礎框架，使其很容易就可以封裝XDAIS算法。通過這一封裝，應用程序設計者可以很容易地使應用程序囊括大量的通道和算法單元。參考框架RF5模塊的拓撲結構如圖2所示。1．1 RF5數據處理RF5共有4個基本的數據處理部件：任務(task)、通道(channel)、單元(cell)和標準算法(XDAIS algorithm)。它們之間的關系如圖3所示。通常，一個任務中可以包括一個或多個通道，每個通道中可以包括一個或多個單元，而每個單元中則封裝有一個XDAIS算法。單元封裝XDAIS算法的作用在于：提供算法與外部世界的一個標準接口，每個單元執(zhí)行一個簡單的ICELL接口，通過該接口執(zhí)行算法。利用通道可以按序執(zhí)行多個單元，在典型應用中，多個通道可能包含一套執(zhí)行功能相同的單元序列。利用任務可以同時處理一個或多個通道，其目的在于組織任務間的數據通信和設備驅動會話等。與通道不同的是，任務有具體的執(zhí)行代碼，并需要用戶自己編寫。該部分代碼通常是從外界接收數據、控制通道執(zhí)行等。每個任務總是反復執(zhí)行自己的代碼，完成檢查控制信息、獲得數據、執(zhí)行通道、發(fā)送數據等操作。1．2 RF5中數據通信RF5中的數據通信包括task級通信和cell級通信。其通信機理為使用結構體進行信息傳遞，而非通過全局變量傳輸處理數據。1．2．1 task級通信任務級通信主要用到了SCOM消息隊列和郵箱(MBX)。(1)SCOMSCOM消息是用戶定義的一個數據結構，用于任務之間交換信息。為實現信息傳遞，某個任務申請一定大小的數據緩沖區(qū)，以供其他任務讀／寫數據。每個任務需要知道其他任務的緩沖區(qū)位置，并阻止多個任務同時訪問自己的緩沖區(qū)。為保證這些功能，利用SCOM消息作為緩沖區(qū)描述器，并將其在任務之間傳遞。因此，SCOM消息相當于其所描述緩沖區(qū)的一個令牌，擁有該消息(令牌)的任務可以讀／寫對應的緩沖區(qū)。當完成讀／寫操作后，消息將傳遞給另一個任務，如圖4所示。(2)郵 箱在RF5中，任務通過郵箱(MBX)接收來自其他任務的控制消息。以TI公司提供的JPEG_loopback例程為例，來自用戶視頻端的圖像質量參數可通過全局變量傳遞到控制任務中。若該參數有所改變，則控制任務將改變值寫入一個郵箱中，圖像處理任務每500個時鐘周期檢查一次郵箱，并從郵箱中取出圖像質量參數的改變值，然后進行相關處理。1．2．2 cell級通信eell級通信同樣基于數據緩沖區(qū)，且存在一個內部cell通信對象(ICC對象)，用于對緩沖區(qū)的描述。每個cell的輸入、輸出隊列均指向該ICC對象。圖5為3個cell通信的結構圖。通道中有3個cell和5個ICC對象。cell X從任務中讀取其數據，經處理后，將其輸出發(fā)送到另外的2個緩沖區(qū)中(Bur2和Bur3)；緩沖區(qū)Bur2供cell Y讀??；Bur3供cell Z讀取，同時cell Z也讀取cell Y的輸出。最后，任務讀取cell Z的輸出。2 視頻處理應用基于RF5參考框架的通用視頻處理系統結構如圖6所示。整個DSP上的系統由4個任務線程組成。TSK_Input線程完成從視頻輸入端口讀數據，TSK_Output線程完成向視頻輸出端口寫數據，TSK_Process線程完成視頻流中數據的處理，三者之間靠SCOM消息隊列進行同步和消息傳遞。TSK_Process線程中包含一個數據處理通道，該通道中包含一個cell對象，由該對象加載和運行封裝的視頻處理算法。視頻處理控制算法可以放在TSK_Control線程中運行，也可以合并在視頻處理算法中。TSK_Control線程與TSK_Process線程之間通過消息信箱完成信息傳遞。實現不同任務之間的通信時，采用SCOM消息隊列。用RF5的SCOM機制實現TSK_Input與TSK_Process之間通信的主要程序如下：結 語RF5是一個擴展性很強的軟件參考框架，其設計目的是讓開發(fā)人員避開復雜的底層設計，創(chuàng)建基于多通道下復雜算法的應用程序。采用RF5所帶來的好處是：系統的模塊化功能比較強，系統功能的組合比較方便，通過修改設備驅動程序就可以直接運行到同類型的其他硬件平臺上；通過調整數據處理通道的數量和通道中算法的數量、種類及排列順序，可以實現多種不同的系統功能，配置非常靈活。因此該結構具有很好的通用性，可以直接在其他視頻、圖像的產品項目中使用。