DSP RF5架構

RF5是德州儀器TI公司新近推出的DSP軟件開發的起步代碼參考框架,它以DSP/BIOS爲基礎,利用其中的數據處理元素和數據通信元素方便快捷地完成DSP軟件的設計與開發RF5RF的最新版本,其區別於RF1RF3的顯著特點是其支持動態對象創建和支持線程(任務)掛起功能,因此適合系統較複雜的應用場合。

   RF5 主要實現三個功能,存儲管理,線程模型和通道封裝,對於不同的應用,我們只需在這三個元素上做修改,而對於整個應用程序,不用從頭設計,這樣大大簡化了開發者的開發難度,縮短了開發時間。

   RF5適用於包含大量的算法,且要求多線程,多通道的應用,如圖像處理,多媒體應用等,以Ti提供的實例mpeg2loopback爲例,對RF5進行分析。

   RF5包含的元素有:

1 線程(Thread)

   RF5框架包含四個基本的數據處理元素,處在最頂層的是線程,線程總是順序的執行所包含的通道,線程在一個比較高級的級別上把數據組織在一起,他們可以與別的線程,設備驅動以及別的類似結構進行通訊,在mpeg2lookback實例中,創建了三個線程分別是tskVideoInputtskVideoOutputtskProcess。每個線程都在不斷的等待消息,處理數據,並將結果發送給其他的線程,同時有可能還要發送同步消息給其他線程已實現線程間的通訊,這裏使用的機制是SCOM模塊。

     每個線程都是進行數據處理的一個單元,有的是處理簡單的,有的處理是相對複雜的過程,簡單的線程可以不包括任何的通道,而進行復雜數據處理的線程有可能包含多個的通道。

2 通道(Channel):

       RF5提供了一種通道結構是爲了更方便的封裝算法,這可以理解通道爲並行裏的串行,因爲線程的執行就是由通道的串行執行來完成的,一個通道包含一組核(Icell),其主要任務就是依次順序的執行所包含的核,主要執行的流程爲:首先需要初始化通道模塊,然後建立通道對象,註冊該通道所包含的核對象,接着依次執行每個核,執行完成了後就銷燬對象,最後退出。每個通道可以包含多個核,每個核都要進行初始化後在調用CHAN_regCell註冊。

通道對象的結構如下:

typedef struct CHAN_Obj {
      ICELL_Obj *cellSet;           /* set of cells in the channel */
      Uns cellCnt;                  /* number of cells in the cellSet */
      CHAN_State state;             /* state of the channel */
      Bool (*chanControlCB)(CHAN_Handle chanHandle); /* optional control function */
} CHAN_Obj;
     
線程一般不定義通道對象,但是在CHAN_open()調用中初始化它們。CHAN_open()的最後一個參數是通道屬性(CHAN_Attrs)結構體的地址。如果最後一個參數是NULL,那麼CHAN_open()使用默認的參數。如果要想使用不同的參數,就要聲明一個CHAN_Attrs的結構體,並需初始化爲CHAN_ATTRS宏所定義的初值,然後根據需要可以修改其中相應的域的值,通常,其中的通道狀態參數CHAN_State state域默認爲CHAN_ACTIVE,以及通道控制回調函數參數域Bool (*chanControlCB)(CHAN_Handle chanHandle)默認爲NULL。如果通道控制回調函數不是空,那麼在任何的cell調用執行之前都會先調用此回調函數。

    一個典型的設置,一個線程爲每一個通道建立一個CHAN_Obj對象(或者一組類似的對象),並且爲每一個cell建立一個ICELL_Obj對象(或者是與每個通道相對應的一組ICCE_Obj對象).在線程初始化ICELL_Obj之後就會調用下面的函數:
備註其中的cell 指向cell 對象的指針, inputIcc/outputIcc是相應的cell ICC 對象,這個調用計算單元需要的空間,並分配給定的ICC對象給單元cell
   CHAN_regCell( cell, inputIcc, 1, outputIcc, 1 );
   當所有的cells都已經創建並初始化之後,線程調用CHAN_open()函數來爲每一個指定的通道(chanNum)傳遞cell對象(cellList)。這個函數創建所有的XDAIS算法,並且如果單元細胞定義了cellOpen函數,則會調用每一個單元細胞的cellOpen函數
,.
   
CHAN_open( chanList[ chanNum ], cellList, numCells, NULL/* default attributes */ );
最後,在運行時,線程爲每一個通道(chanNum)調用CHAN_execute函數開始執行:

   CHAN_execute( chanList[ chanNum ], NULL /* arg to cells */ );

3 核(Icell):

     覈實際上就是ICELL接口對象,基於RF5的應用常常包含大量的算法和通道,爲了便於算法集中到應用中,RF5提出了核的概念,一個核就是包含一種XDAIS算法的容器,一個RF5通道對象可以包含多個核,也即是包含多個算法,通道通過核來調用算法,實際上,真正的數據處理是在XDAIS算法,核只是提供一個調用算法的接口,這大大簡化了工作量,便於移植。

     該接口包含一個重要的結構:ICELL_Fxns,該結構包含一組函數指針。通道通過調用這些函數來調用算法,其中包含一個關鍵的函數cellExecute,這個函數的功能是調用XDAIS算法來執行,上面的通道執行函數CHAN_execute就包含了每個cellExecute的調用。

4 ICC模塊

       ICC模塊是用來管理在覈之間以及核與其他線程之間的數據通訊,我們知道線程間的數據傳輸是通過SCOM模塊來實現的,每個ICC模塊管理一個或者多個ICC對象,每個核都有一組輸入和輸出ICC對象。這些對象是通過CHAN_regCell()來註冊到相應的通道里。

5 同步通訊機制(SCOM)

       ThrProcess中包含兩個SCOM對象,RF5使用SCOM對象來實現線程的通訊。SCOM消息時用戶自定義的一個機構,一個線程通過調用SCOM_putMsg()函數將SCOM消息放置一個SCOM隊列中,發送給其他的線程,或者通過調用SCOM_getMsg()函數從隊列中獲取消息,一般情況下,發送消息指明接收線程所要讀取的數據緩衝區的地址(以指針形式),接收消息指明發送線程所要寫入的數據緩衝區的地址,在mape2loopback實例中,thrProcess要從thraVideoInput接收消息,併發送消息給thrVideoOutput輸出圖像。RF5使用SCOM來實現線程間的通訊:thrProcess擁有一些緩衝區,需要thrVideoInput寫或thrVideoOutput讀,所以thrProcess通過SCOM告訴thrVideoIputthrVideoOutput線程數據緩衝區的地址,同時還要保證兩個線程不會同時訪問同一個緩衝區。thrProcess創建了兩種消息以分別和兩個線程進行通訊,scomMsgRxscomMsgTx,scomMsgRx指定了被thrVideoInput寫的緩衝區地址,scomMsgTx指定了被thrVideoOutput讀的緩衝區地址。

     在實際的操作中,可是將SCOM看作是種同步標記,她用來區分模塊內存是否正在被其他線程所使用,這樣就可以放置內存訪問的衝突。整個系統中包含很多存儲區,這些內存區很有可能在某一時刻正在被某一線程訪問,爲了保證在任意時刻只有一個線程訪問某一塊內存,當前正在訪問這一內存塊的線程通過發送SCOM消息給與這一內存塊有關聯的線程,告訴他,我正在訪問呢,你等會再來吧。當他訪問完後,放棄了這一內存塊的佔有權,再通過SCOM消息告訴相關聯的線程,我用完了,你可以用了。於是相關聯的線程就可以訪問了。

6 ALGRF模塊算法的實例化Algorithm Instantiation

ALGRF ModuleDSP/BIOSMEM內存管理器來創建和刪除XDAIS算法的模塊。參考框架服務簡化XDAIS部件的使用。所有符合XDAIS標準的算法都必須使用一個標準的接口——IALG接口。ALGRF使用算法的IALG來實現對XDAIS算法的實例化。任何符合XDAIS標準的算法都可以被ALGRF所使用。

用戶代碼不必直接的調用ALGRF函數,這個工作由CHAN和其他的庫函數來完成。例外的是cell wrappers中的ALGRF_activate/deactivate序列化:如果cell中的XDAIS算法執行IALG_active/deactivate函數,細胞需要調用兩個ALGRF函數來完成。

三個模塊來簡化IALG接口創建算法對象,RF5使用ALGRF模塊來創建,配置,刪除XDAIS算法實例。ALG模塊使用CCStudio作爲通用目的使用,並且不用DSP/BIOS MEM模塊分配內存.ALGMIN是三個中的最小應用。

一般情況下,三個模塊是相互包含的,但是隻有一個能在應用程序中使用。ALGRF適於RF5的需要和別的RF級別,而不適合緊湊和底端的如RF1級別的系統。

ALGRFALG相比,有以下的優勢:

1 更小的代碼腳本(代碼量):

作爲一個通用的模塊,ALG支持malloc/free 運行時庫和DSP/BIOS MEM_alloc/MEM_free動態內存分配方式,ALGRF只支持DSP/BIOS分配,這爲設計者省了代碼空間,另外ALGRF保證沒有無用代碼的存在.只有被調用的函數才被連接到執行程序中。

2 暫存區支持:

  下面的APIALGRF中介紹的實例:
ALGRF_Handle ALGRF_createScratchSupport(IALG_Fxns *fxns, IALG_Handle parent,
IALG_Params *params, Void *scratchBuf, Uns scratchSize)
除了當IALG_SCRATCH內存區域(內部數據緩衝區)被請求,該函數能根據算法請求分配內存。作爲替代,scratchBufscratchSize這兩個參數表明這一緩衝區已經在應用中存在,而且可以被當前的算法重新使用.這就可以受約束的共享資源有限的內存區。

3 從DSP/BIOS堆標籤中做提取:

  ALGRF使用DSP/BIOS MEM模塊動態分配內存。一個堆標記或內存段名可以傳給
MEM_alloc()來表明分配到哪一個堆.如下:
     
/* Configure the ALGRF module to use:
     
* 1st argument - memory for internal heap
     
* 2nd argument - memory for external heap
     
*/
  
ALGRF_setup( INTERNALHEAP, EXTERNALHEAP );
  這讓我們可以指定算法的數據分配位置。例如,如果使用EXTERNALHEAP作爲兩個參數,那麼算法的數據就被定位在外部存儲器

 

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