西安理工大學(xué) 胡濤 劉穎娟
近年來(lái)，DSP運(yùn)算能力的不斷增強(qiáng)，使其在電子設(shè)備方面得到了廣泛的應(yīng)用。DSP／BIOS是TI公司推出的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，與TI的CCS(Code Composer Studio)集成在一起。用DSP／BIOS可以大大簡(jiǎn)化DSP應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試，其中與外圍設(shè)備的I／O接口是DSP應(yīng)用開(kāi)發(fā)中不可缺少的重要部分。TI公司為C64x系列DSP的開(kāi)發(fā)者提供了一種類(lèi)／微驅(qū)動(dòng)模型(class／mini drivermodel)。通過(guò)對(duì)外圍設(shè)備設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序，為高層應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口來(lái)操作底層硬件。只要是遵循此驅(qū)動(dòng)程序接口標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的高層應(yīng)用程序，都可以在具有相同接口的不同硬件平臺(tái)上運(yùn)行，從而使DSP軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)相分離，提高了軟件的可重用性、可維護(hù)性和可移植性，縮短了總體驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)周期。

1 DSP的外設(shè)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)模型
TI公司為開(kāi)發(fā)DSP的外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序定義了標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型，并將設(shè)備驅(qū)動(dòng)分為類(lèi)驅(qū)動(dòng)和微驅(qū)動(dòng)，即依賴(lài)于硬件層和不依賴(lài)于硬件層。兩層之間使用通用接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并提供了一系列的API接口，用戶(hù)應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用API來(lái)訪問(wèn)相應(yīng)的外部設(shè)備。外設(shè)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)模型的建立，提高了外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的可重用性和模塊化程度，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。外設(shè)開(kāi)發(fā)模型如圖1所示。

① 類(lèi)驅(qū)動(dòng)(class driver)。類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序用來(lái)為應(yīng)用程序提供接口。這部分程序與所使用的硬件設(shè)備無(wú)關(guān)，主要功能包括維護(hù)設(shè)備緩沖區(qū)，向上提供API接口供應(yīng)用程序調(diào)用，向下提供適配層與微驅(qū)動(dòng)層相連，實(shí)現(xiàn)API接口函數(shù)到微驅(qū)動(dòng)層程序的映射。
② 微驅(qū)動(dòng)(mini driver)。微驅(qū)動(dòng)程序與外部硬件設(shè)備相關(guān)，所以設(shè)計(jì)微驅(qū)動(dòng)程序是外設(shè)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。微驅(qū)動(dòng)程序與類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序的接口格式是固定的，但微驅(qū)動(dòng)程序?qū)Φ讓佑布牟僮鲃t須根據(jù)硬件平臺(tái)的不同需要做相應(yīng)的改動(dòng)。微驅(qū)動(dòng)通過(guò)接收類(lèi)驅(qū)動(dòng)層發(fā)出的調(diào)用命令來(lái)決定對(duì)底層硬件進(jìn)行什么樣的操作。
類(lèi)驅(qū)動(dòng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的微驅(qū)動(dòng)接口調(diào)用微驅(qū)動(dòng)控制硬件設(shè)備。到目前為止，TI共定義了3類(lèi)驅(qū)動(dòng)：①流輸入輸出模塊(SIO)，為每個(gè)DSP／BIOS線程提供一個(gè)獨(dú)立的I／O機(jī)制，執(zhí)行點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送，支持動(dòng)態(tài)創(chuàng)建，通過(guò)DIO適配模塊與IOM連接；②管道管理模塊(PIP)，提供管理異步I／O的數(shù)據(jù)管道，每個(gè)管道對(duì)象都有一塊同樣大小的緩存，PIP模塊通過(guò)緩存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)PIO適配模塊與IOM通信；③通用輸入輸出模塊(GIO)，基于流輸入／輸出模式的同步I／O，適合大流量數(shù)據(jù)的傳輸，更適合文件系統(tǒng)。在用戶(hù)應(yīng)用程序中可直接調(diào)用GIO的API函數(shù)，GIO不需要額外的適配模塊，可直接與IOM進(jìn)行交互。GIO的這些優(yōu)點(diǎn)使得通過(guò)GIO模塊與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)流傳輸，操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，所以在視頻采集的類(lèi)驅(qū)動(dòng)中采用了通用輸入輸出模塊GIO。
GIO模塊實(shí)現(xiàn)GIO的類(lèi)驅(qū)動(dòng)，用于提供一個(gè)模塊化的讀寫(xiě)應(yīng)用程序接口到應(yīng)用程序。通過(guò)封裝這部分代碼，應(yīng)用程序可以通過(guò)GIO提供的應(yīng)用程序接口間接調(diào)用各種IOM微驅(qū)動(dòng)來(lái)減小整體的代碼大小，如圖2所示。

GIO模塊提供下述功能：提供模塊化的讀寫(xiě)應(yīng)用程序；用IOM接口與指定設(shè)備微驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)程序通信；支持多個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)；支持雙向通道；允許用戶(hù)配置模塊化功能；支持應(yīng)用程序增加新的應(yīng)用領(lǐng)域(如視頻)。其中，最后一項(xiàng)功能很重要。GIO_submit函數(shù)對(duì)新增加的用戶(hù)定制的應(yīng)用程序接口(API)提供標(biāo)準(zhǔn)通道(如video)。這種用戶(hù)定制的類(lèi)型包括用于文件系統(tǒng)的讀寫(xiě)應(yīng)用程序接口模塊，例如UART、DSP視頻幀等的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)用讀寫(xiě)應(yīng)用程序接口來(lái)完成應(yīng)用程序與文件之間的數(shù)據(jù)傳輸，需要由GIO類(lèi)驅(qū)動(dòng)和IOM微驅(qū)動(dòng)來(lái)完成所需的雙向通道。對(duì)GIO接口模塊的擴(kuò)展可以更加友好和高效地實(shí)現(xiàn)視頻抓取和視頻顯示。這種擴(kuò)展特別滿(mǎn)足了視頻設(shè)備存儲(chǔ)空間(例如指定的幀緩存)的分配，而且通過(guò)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序調(diào)用來(lái)更新視頻幀緩存，提供視頻驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用程序之間最新的視頻數(shù)據(jù)的更新。GIO類(lèi)驅(qū)動(dòng)具有如下接口，在函數(shù)表中指定設(shè)備的操作模式：

微驅(qū)動(dòng)IOM通常包括如下函數(shù)：通道綁定函數(shù)(mdBindDev)，通道創(chuàng)建函數(shù)(mdCreateChan)，通道刪除函數(shù)(mdDeleteChan)，I／O請(qǐng)求發(fā)送函數(shù)(mdSubitChan)