開發(fā)DSP硬件驅動程序的一種方法
l 引 言
本文引用地址:http://2s4d.com/article/78263.htm目前,TI公司的DSP應用很廣泛,隨著DSP的功能越來越強大,片上外設種類及應用日趨復雜。傳統(tǒng)的DSP程序開發(fā)包含兩方面程序:即配置、控制、中斷等管理DSP片內外設、接口的硬件相關程序和基于應用的算法程序。這樣的系統(tǒng)結構,應用程序與硬件相關程序緊密的結合一起,限制了程序的可移植性和通用性,軟件開發(fā)總要從零開始,存在諸多重復工作。一旦硬件平臺有變化,往往與硬件程序捆綁一起的應用程序也需改動,代碼的維護性和可移植性均不高。
通過建立硬件驅動程序的開發(fā)模式,可使上述現(xiàn)象得到改善。因此,本文介紹一種開發(fā)TI公司DSP片內及片外硬件外設驅動程序的方法,并以C5000 DSP的McBSP/DMA及TMS320C5509的USB驅動程序開發(fā)為具體對象,介紹這種方法的應用。
2 基于DSP/BIOS的IOM硬件驅動
在CCS應用環(huán)境中集成的實時操作系統(tǒng)DSP/BI-OS[1]中,硬件驅動程序最終以函數庫的形式被封裝起來,應用程序可不關心底層硬件外設的具體操作,通過調用DSP/BIOS相關的標準API與不同外設接口。接口按統(tǒng)一標準定義,即在DSP/BIOS中創(chuàng)建并配置硬件設備驅動模塊為IOM(I/O Mini-driver)模式。
IOM[2]是DSP/BIOS的設備驅動模塊的一種接口方式,配置硬件設備驅動模塊為IOM模式可在DSP/BIOS的圖形化界面(GUI)中方便完成。IOM模式將設備驅動程序分為兩個層次:上一層是"類"驅動程序(class driv-er),這部分程序負責對存儲緩沖區(qū)管理、由DSP/BIOS各類標準的API函數與應用程序接口,與設備硬件無關。下一層是"迷你"驅動程序(mini-driver),這部分程序集成了實際硬件相關的代碼。IOM接口將"迷你"驅動程序與"類"驅動程序聯(lián)系一起,包括定義I/O數據包(IOM_Packet)以提交"迷你"驅動程序讀寫,定義功能函數包(IOM Fxns)完成相關初始化,打開或關閉通道,提交I/O數據傳輸與控制等任務,確保"迷你"驅動程序與"類"驅動程序運行協(xié)調一致。
"類"驅動程序直接在應用程序中出現(xiàn),并且根據數據輸入/輸出的處理方式不同,有相應"類"驅動程序。主要是3種:流輸入輸出型"類"驅動(SIO)、管道型"類"驅動(PIP)和通用輸入輸出型"類"驅動(GIO)。
其中,SIO"類"驅動由兩部分組成:SIO模塊和DIO適配模塊(Adapter),前者負責創(chuàng)建通道、數據流輸入/輸出,DIO提供負責緩沖管理、信號同步、將API及參數與下層"迷你"驅動程序接口;PIP"類"驅動由兩部分組成:PIP模塊和PIO適配模塊(Adapter),前者創(chuàng)建管道、數據管道輸入/輸出,PIO提供負責緩沖管理、信號同步、將API及參數與下層"迷你"驅動程序接口。GIO"類"驅動是一種通用輸入輸出接口,調用的API函數,可通過阻塞線程讀寫數據,直接與"迷你"驅動通信。
SIO,PIP,GIO模塊集成在DSP/BIOS中,SIO通道、PIP管道可在DSP/BIOS的輸入輸出模塊圖形化界面(GUI)中靜態(tài)設置并創(chuàng)建,也可以在應用程序中動態(tài)創(chuàng)建。DIO,PIO適配模塊(Adapter)創(chuàng)建在DSP/BIOS的設備驅動模塊圖形化界面(GUI)中完成。
由上可見,"類"驅動程序均為標準的API函數,故編寫驅動程序的重點是"迷你"驅動程序方面。"迷你"驅動通過創(chuàng)建統(tǒng)一接口標準的功能函數包(IOM Fxns),應用程序就可以由DIO適配模塊或PIO適配模塊或GIO"類"驅動調用"迷你"驅動,控制底層硬件設備。這些統(tǒng)一接口標準的功能函數包括:
mdBindDev:設備與"迷你"驅動綁定函數;
mdControlChan:設備通道控制函數;
mdCreateChan:設備通道創(chuàng)建函數;
mdDeleteChan:設備通道刪除函數;
mdSubmitChan:按IOM數據包命令執(zhí)行函數;
mdUnBindDev:設備從"迷你"驅動釋放函數。
IOM數據包是其中一關鍵數據結構,為IOM驅動程序內部數據的輸入輸出服務。應用程序本身不會涉及IOM數據包訪問,是IO適配模塊、PIO適配模塊或GIO"類"驅動通過他訪問"迷你"驅動層,其中,數據結構的cmd項,即"類"驅動命令"迷你"驅動的mdSubmitChan功能函數執(zhí)行硬件設備的讀寫等操作。"迷你"驅動完成相應操作,通過回調函數后向上返回該數據包。
3 McBSP/DMA驅動程序開發(fā)
這是基于C5000系列DSP的McBSP和DMA硬件驅動開發(fā)。系統(tǒng)以TMS320VC5410為CPU,TLC320AD50C為音頻編解碼芯片,TLC320AD50C與DSP的McBSP0通道接口,數據傳輸采用DMA方式。
在傳統(tǒng)的軟件開發(fā)結構中,應用程序一般通過DMA中斷服務程序控制硬件設備及數據管理。傳統(tǒng)的軟件開發(fā)結構如圖1所示。
在本文推薦的軟件開發(fā)結構中,硬件設備驅動程序與應用程序隔離開,他們之間通過DSP/BIOS的API接口,包括硬件設備初始化參數的傳遞。本系統(tǒng)軟件開發(fā)結構如圖2所示。
具體開發(fā)過程如下:
(1)IOM驅動程序
mdBindDev在DSP/BIOS啟動時調用,具體完成硬件設備初始化參數傳遞、獲取McBSP及DMA資源,McBSP及DMA的初始化參數用CSL配置,注意McBSP使用的是通道O。mdCreateChan在應用層與硬件設備創(chuàng)建兩個邏輯通道,即DMA接收、發(fā)送通道。分別設置初始化參數。mdSubmitChan按IOM數據包數據結構的cmd項,命令"迷你"驅動執(zhí)行向硬件設備的IOM寫操作,即通過McBSP0輸出數據。相應工程編譯鏈接生成驅動庫函數,完成IOM驅動程序。
(2)DMA/McBSP應用程序
在應用工程中,首先在DSP/BIOS配置工具中User-Defined Devices項進行"迷你"驅動程序注冊,命名為"co-dec"。屬性如圖3(a)所示。注冊信息中設置了驅動程序的初始化函數、IOM函數包指針、設備參數指針的名稱。本應用采用IOM驅動程序的流輸入輸出"類"驅動(SIO/DIO),DIO適配模塊與上述"迷你"驅動程序"codec''接口,DIO適配模塊在DSP/BIOS配置工具中添加,命名為"dio codec",屬性如圖3 (b)所示。
本應用選擇DMA通道4,5,設置TLC320AD50C的4個控制寄存器初始化參數,即"迷你"驅動程序注冊信息的設備參數指針所指內容。
然后,應用程序通過調用DSP/BIOS的API,動態(tài)創(chuàng)建DMA/McBSP輸入、輸出通道,如:
SIO輸人、輸出通道均采用雙緩沖管理。獲取雙緩沖資源,管理緩沖數據的工作,同樣由SIO相關API完成,API的使用方法可參見參考文獻中所列手冊。
4 USB驅動程序開發(fā)
這是基于C5000系列DSP(TMS320C5509A)的USB硬件驅動開發(fā)。TMS320C5509A內部集成符合USB 2.0標準的全速模式USB接口。SIE[3](Serial Interface En-gine)負責將數據按照USB物理電平信號串行轉并行輸入或并行轉串行輸出,并且具有錯誤校驗機制。UBM(USB
Buffer Manager)負責數據緩沖管理,管理數據在SIE和緩沖RAM的輸入輸出,CPU或USB的DMA控制器在緩沖RAM收發(fā)數據。
本硬件驅動的軟件開發(fā)結構與上述McBSP/DMA硬件驅動開發(fā)類似,上層為"類"驅動,即DSP/BIOS GIO,SIO,或PIP模塊,提供針對USB的"迷你"驅動的各種輸入輸出請求。"迷你"驅動是基于DSP/BIOS關于USB模塊的CSL(Chip Support Library),調用CSL的API完成底層硬件各種復雜操作。
(1)IOM驅動程序
C5509 USB mdBindDev在DSP/BIOS啟動時調用,完成USB初始化參數傳遞,中斷向量設置,初始化USB模塊;C5509 USB mdControlChan接受如SIOcontrol等"類驅動"命令,可復位USB數據通道,連接主機USB接口等工作;C5509 USB mdCreateChan創(chuàng)建某個USB端點的數據通道及配置數據傳輸方向;C5509 USB mdSubmitChan負責USB數據流輸入輸出管理。
(2)USB應用程序
在DSP/BIOS配置工具中User-Defined Devices項進行"迷你"驅動程序注冊,命名為"usb"。屬性如圖4(a)所示。本應用也采用流輸入輸出(SIO/DIO),DIO適配模塊與上述"迷你"驅動程序"usb"接口,DIO適配模塊在DSP/BIOS配置工具中添加,命名為"dio_usb",屬性如圖4(b)所示。
應用程序動態(tài)創(chuàng)建USB的某端點為輸入、輸出通道,如:
由上可知,應用層"類"驅動程序開發(fā)的通用性是很強的。
5 結 語
本文推薦的這種DSP硬件驅動開發(fā)方法,通過構建應用程序與硬件外設輸入輸出的統(tǒng)一數據接口,將接口代碼層次化。當硬件設備改動后,應用程序可不做修改,應用程序的通用性、可移植性大大加強,硬件驅動程序也具有反復利用的特點。
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