基于DSP/BIOS的外設驅(qū)動開發(fā)模型及DSP視頻驅(qū)動程序

隨著時代的發(fā)展，DSP技術在遠程監(jiān)控、可視電話、工業(yè)檢測等視頻處理領域得到了廣泛的應用，對于不同的視頻處理系統(tǒng)，會使用不同的視頻設備，所以有必要為視頻沒備設計驅(qū)動程序，為高層應用程序提供統(tǒng)一的接口來操作底層硬件。只要是遵循此驅(qū)動程序接口標準開發(fā)的高層應用程序，都可以在具有相同接口的不同硬件平臺上運行，具有很好的通用性和可移植性。同時高層應用程序設計人員只要會使用設備驅(qū)動程序提供的API接口，就不必了解底層硬件的具體實現(xiàn)，可以大大提高整個視頻系統(tǒng)的開發(fā)效率。

對于視頻設備，TI公司也提出了對應的視頻設備驅(qū)動程序模型，但這些模型主要是針對6000系列高端DSP，甚至是DM64X這樣的視頻處理專用DSP設計的。而TMS320F2812(簡稱F2812)DSP這樣的低端處理器，內(nèi)部存儲空間較小，且沒有DM64X那樣專用的視頻接口。本文針對這類問題，提出了對TI視頻驅(qū)動模型進行簡化和改造的方法，使視頻設備驅(qū)動程序占用盡量少的系統(tǒng)資源，來完成對視頻硬件設備的操作。這種視頻驅(qū)動模型的裁減方法，對于使用低端處理器的視頻處理系統(tǒng)具有借可鑒性。

1、基于DSP／BIOS的外設 驅(qū)動開發(fā)模型

TI公司為開發(fā)DsP的外設驅(qū)動程序，推出了DSP／BIOS Device Driver kit，定義了標準的設備驅(qū)動模型，并提供了一系列的API接口。如圖1所示，外設驅(qū)動程序分為兩層：

①類驅(qū)動(class driver)。類驅(qū)動程序用來為應用程序提供接口。這部分程序與設備無關，主要功能包括維護設備數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，向上提供API接口供應用層程序調(diào)用，并協(xié)調(diào)應用程序?qū)ν庠O操作的同步和阻塞；向下提供適配層與迷你驅(qū)動層相連，實現(xiàn)API接口函數(shù)到迷你驅(qū)動層程序的映射。類驅(qū)動程序與硬件無關，只要外設驅(qū)動模型選定了，類驅(qū)動程序就定下來了，不需要做多少修改。

②迷你驅(qū)動(mini driver)。迷你驅(qū)動程序與設備相關，所以設計迷你驅(qū)動程序是外設驅(qū)動開發(fā)中的重點。迷你驅(qū)動程序與類驅(qū)動層的接口格式是統(tǒng)一的，但迷你驅(qū)動程序?qū)Φ讓佑布牟僮魇歉鶕?jù)硬件平臺的不同而變化的。迷你驅(qū)動接收類驅(qū)動層發(fā)出的IOM_Packet命令包，決定對底層硬件進行什么樣的操作。

外設驅(qū)動程序模型又可以分為以下3類：

①PIP/PI0模型。基于數(shù)據(jù)管道的I／O模型，每個管道都在維護自己的一個緩沖區(qū)。當數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)，或從緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)時，便會激發(fā)notifyReader和notifyWriter函數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步。

②SIO／DIO模型。基于數(shù)據(jù)流的I／O模型，一個數(shù)據(jù)流是單向的，要么是輸入，要么是輸出，而且SIO／DIO模瓔使用異步方式來操作I／0，對于數(shù)據(jù)的讀寫、處理可以同時進行。

③GI0模型。通用的I／O模型，靈活性很強，且沒有適配層，直接操作迷你驅(qū)動程序，主要用來設計新型的設備驅(qū)動模型。

2、視頻處理系統(tǒng)硬件平臺

硬件平臺如圖2所示。系統(tǒng)以TI公司的F2812 DSP作為中心處理器，以模擬攝像機進行視頻信號采集，再使用SAA7111視頻解碼芯片將其轉(zhuǎn)換為BT601格式的數(shù)字視頻信號。DSP將數(shù)字視頻信號處理后，再寫入輸出幀緩存AL422中，并控制視頻編碼芯片ADV7177，將其轉(zhuǎn)換為模擬電視信號輸出。整個系統(tǒng)以l片CPLD——IspMachLC4128來協(xié)調(diào)各個芯片之間的時序關系。

3、視頻設備驅(qū)動程序開發(fā)

3．1 設備驅(qū)動程序模型的選擇

如上文介紹，常用的驅(qū)動程序模型包括3類：PIO、SIO和GIO。比較這3種模型可以知道：PIO支持更底層的通信，適合設計比較簡單的外設驅(qū)動程序。例如在TI公司的6X11DSK板上實現(xiàn)的音頻采集和回放，一般都是基于PIO模型的。而SIO模型具有很好的緩沖器分配回收機制，比較適合描述視頻設備，但是SIO的很多功能在本系統(tǒng)中使用不到，而且GIO模型設計的目的就是針對特殊硬件的新型設備，所以最終考慮使用GIO設備驅(qū)動模型。

TI公司最初設計的GIO模型其實是有缺陷的，主要在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)管理的問題上，應用程序在取得緩沖區(qū)