（通信与信息系统专业论文）基于omap5910的无线流媒体系统的设计与实现.pdf

中文摘要 随着近几年电子技术的蓬勃发展，人们对通信业务的要求越来越高，已经不 再满足于通过手机等无线设各实现语音通信，或者仅仅通过p c 观看流媒体视频 节目，人们希望可以享受到无线的实时的视频业务，进一步说，希望可以享受到 无线的流媒体业务。随着无线通信，如3 g 、w i m a x 等系统的不断商用，数字 信号处理技术，如m p e g 4 、h 2 6 4 等信号处理算法的成熟，以及高性能、低功 耗处理器的出现，使得便携式终端上的无线流媒体业务成为可能。本文正是针对 这种需要，给出了基于o m a p 5 9 1 0 平台的无线流媒体终端的解决方案，以实现 实时的无线的流媒体传输和播放。 在硬件方面，以t i 公司的双核处理器o m a p 5 9 1 0 为核心处理器，通过e m i f 接口外接网络接口模块，进行网络通信；通过l c d 接口外接触摸显示屏，实现 人机交互；通过m m c s d 接口外接s d 存储卡，作为外挂存储器。在软件方面， 选择嵌入式l i n u x 作为操作系统，设计了d s p 的m m u 接口和内存分配、a r m 和d s p 双核通信的m a i l b o x 命令的宏定义，详细说明了音视频解码的工作流程。 此外，还根据a v i 的r i f f 文件格式编程实现了对a v i 头信息的提取分析工作。 实验结果表明，通过对o m a p 5 9 1 0 的a r m 核和d s p 核进行编程、优化， 可以实现图象大小为1 7 6x1 4 4 、帧速率为2 5 帧秒的实时流媒体业务的传输与播 放。 关键词：流媒体，o m a p 5 9 1 0 ，音视频解码，嵌入式l i n u x a b s t r a c t w i t ht h ev i g o r o u sd e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i ct e c h n o l o g yr e c e n ty e a r s ，p e o p l e s n e e d so fc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e sb e c o m eh i g h e ra n dh i g h e r p e o p l eh a v en o tb e e n s a t i s f i e dw i t ha u d i os e r v i c e st h r o u g ht h ew i r e l e s st e r m i n a ll i k eh a n dp h o n e s ，o rt h e s t r e a m i n gm e d i ap r o g r a mt h r o u g hp c t h e yw i s ht oe n j o yt h ew i r e l e s sr e a lt i m ev i d e o s e r v i c e s o nt h eo t h e rw o r d ，也e yw a n tt oe n j o yt h ew i r e l e s ss t r e a m i n gm e d i as e r v i c e s n o w a d a y s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ，3 4w l a n a r eu s e di n b u s i n e s s t h en e ws i g n a lp r o c e s s i n ga l g o r i t h m s ，l i k em p e g 4 ，h 2 6 4 ，c o m eo u t a n d t h eh i i g hp e r f o r m a n c ea n dl o wp o w e rp r o c e s s o r se m e r g e a l lo ft h e mm a d et h i s w i r e l e s ss t r e a m i n gm e d i as e r v i c e so np o r t a b l et e r m i n a lp o s s i b l e j u s tb e c a u s eo ft h i s n e e d s ，ak i n do fw i r e l e s ss t r e a m i n gm e d i at e r m i n a lb a s e do no m a p 5 910i sp r o p o s e d ， w h o s ei sa i mi si m p l e m e n t i n gw i r e l e s s ，r e a lt i m es t r e a m i n gm e d i at r a n s m i s s i o na n d p l a y o nt h eh a r d w a r ea s p e c t ，d u a lc o r ep r o c e s s o r , o m a p 5 910i su s e da st h ec o r e p r o c e s s o ri nt h er e s o l u t i o n i tc o n n e c t sw i mt h en e t w o r ki n t e r f a c em o d u l et h r o u g h e m i fi n t e r f a c e ，a n dc o n n e c t sw i t ht o u c h i n gl c ds c r e e nt h r o u g hl c di n t e r f a c e ，a n d c o n n e c t sw i t hs dc a r dt h r o u g hm m c s di n t e r f a c e o nt h es o f t w a r ea s p e c t ，t h e e m b e d d e dl i n u xs y s t e mi si n s t a l l e d 嬲t h eo p e r a t i n gs y s t e m m m ui n t e r f a c ea n dt h e a l l o c a t i o no fm e m o r ya r ed e s i g n e d t h ec o m m a n do fm a i l b o xf o rc o m m u n i c a t i o n b e t w e e na r ma n dd s pa l s ow a sd e s i g n e d t h ef l o wo fa u d i o v i d e od e c o d i n gw a s g i v e nd e t a i l e d l y a d d i t i o n a l l y , t h ep a p e ri m p l e m e n t e dt h ee x t r a c t i o na n da n a l y s i so f t h eh e a d e ro f a v ia c c o r d i n gt oa v ir i f ff o r m a tb yp r o g r a m m i n g t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ts h o w st h a t ，t h r o u g ht h ep r o g r a m m i n ga n do p t i m i z i n go f t h es o f t w a r eo fb o t ht h ea r mc o r ea n dt h ed s pc o r eo no m a p 5 910 t h er e a lt i m e s t r e a m i n gm e d i at r a n s m i s s i o na n dp l a yc a nb ei m p l e m e n t e d t h es i z eo ft h ev i d e oi s 1 7 6 1 4 4a n dt h er a t ei s2 5f r a m ep e rs e c o n d k e y w o r d s ：s t r e a m i n gm e d i a , o m a p 5 9 10 ，a u d i o v i d e od e c o d i n g ，e m b e d d e d l i n u x 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谓j 之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁洼盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：1 傣淅 签字只期：沙7 年2 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨叠盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：1 耐力f 签字r 期：w 一7 年1 月罗r 导师签名：戾庄再 签字r 期：j 伤7 年a 月步r 天津大学硕士学位论文 基于0 m a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 1 1 研究背景 第一章绪论 随着i n t e m e t 的迅速增长和普及，人们对网络多媒体信息的需求也越来越大。 为了解决传统网络下载多媒体资讯时间过长的问题，流媒体技术应运而生。流媒 体是指在网络中使用流式传输技术的连续实时多媒体。通过采用流媒体技术，用 户可以一边下载一边收听观看，实时地接收到最新的多媒体信息，而不需要等待 整个文件下载完后才欣赏。 无线通信这几年发展非常迅速，人们已经不再满足于通过手机等无线设备实 现语音通信，或者仅仅通过p c 观看流媒体视频节目，人们希望可以享受到无线 的实时的视频业务，进一步说，希望可以享受到无线的流媒体业务。因此，基于 无线终端的实时流媒体业务是未来通信发展的方向。 1 2 可行性分析 电子产业的整体发展，使无线流媒体终端的实现成为可能。 1 无线网络方面 即将实现的3 g 移动通信网络，最高能提供5 4 m b p s 的无线局域网，以及最 新的w i m a x 技术，都足以承载无线视频数据的传输。 2 信号处理方面 视频压缩技术的不断进步，为传输高质量的视频信息提供了技术上保证。 m p e g 4 、h 2 6 4 等高效的压缩算法，使信息的传输速率大为降低。 3 微电子及v l s i 方面 大规模集成电路产业的高速发展，各种各样高性能、低功耗的处理器不断出 现，处理速率不断提高，并从单核向双核发展。这些都使无线流媒体终端的实现 成为可能。 1 3 目标与任务 本文的主要研究内容是基于o m a p 5 9 1 0 平台，完成无线流媒体系统的设计 天津大学硕士学位论文基于0 m a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 与实现。 在硬件方面，以t i 公司的双核处理器o m a p 5 9 1 0 为核心处理器，通过e m i f 接口外接网络接口模块，进行网络通信；通过l c d 接口外接触摸显示屏，实现 人机交互；通过m m c s d 接口外接s d 存储卡，作为外挂存储器。在软件方面， 本文选择嵌入式l i n u x 作为操作系统，设计d s p 的m m u 接口和内存分配，a r m 和d s p 双核通信的m a i l b o x 命令的宏定义，以及音视频解码的工作流程。此外， 还根据a v i 的r i f f 文件格式编程实现了对a v i 头信息的提取分析工作。 1 4 本文的主要贡献和论文结构 本文以设计和实现基于o m a p 5 9 1 0 的无线流媒体终端为目的，完成了以下 几个方面的工作： 流媒体终端硬件的测试及修改 d s p 的m m u 接口设计与内存分配设计 a r m 与d s p 通信的m a i l b o x 接口设计 音视频解码工作流程设计 a v i 头信息的提取分析与代码编写 软硬件系统的调试 本文的结构： 第一章绪论。介绍研究的背景、可行性、目标，以及完成的主要工作。 第二章o m a p 5 9 1 0 平台介绍。对于o m a p 的软硬件结构进行了简单介绍，阐 述了o m a p 的开发模式、d s p b i o s 原理等。 第三章嵌入式l i n u x 开发简介。对操作系统进行了简单介绍，然后对当前流行 的各种l i n u x 操作系统进行了对比说明，说明了内核模块编程的过程、 方法，以及应用程序的开发工具与调试方法。 第四章基于o m a p 5 9 1 0 流媒体终端的硬件系统。介绍了e m i f s 、e m i f f 、l c d 、 j t a g ，以及电源模块等接口。 第五章流媒体播放器的软件设计，描述了音视频播放器的功能与性能，解码器 与应用程序的接口，音视频解码器的参数设置、工作流程等，给出了软 件流程图。又详细介绍了a v i 文件头的格式，以及a v i 的流媒体解码流 程。最后对软硬件系统的调试进行了说明。 第六章对所设计的无线流媒体系统的总结与展望。 天津大学硕士学位论文基于0 m a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 第二章o 脚5 9 1 0 平台简介 随着移动通信和多媒体技术的发展，人们对通信的要求已不再局限于传统的 语音业务，而是追求更高品质的视频、音频等多媒体信息服务。在多媒体通信中， 视频区别于与音频和文字的显著特点就是其数据量大以及处理复杂度高。这对移 动通信终端提出了较高的要求，目前已经有很多种嵌入式结构应用于手持设备 上，r i 公司的o m a p ( o p e nm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n sp l a t f o i m ，开放式多媒体应 用平台) 就是其中的一种。本章主要介绍o m a p 的软硬件结构、特点和在o m a p 上的编程模式。 2 1o m a p 概述 2 1 1 开放式多媒体应用平f i t l 】 第三代移动通信技术的逐步成熟使得无线网络能够提供更大的带宽，这使得 在无线网络上视频实时交互、电视直播和网络游戏等应用成为可能。同时，以微 一处理器为代表的大规模集成电路技术的进步以及嵌入式技术的发展，推动了移动 终端如智能手机、p d a 、p o c k e l p c 等产品的革新。目前的手持设备处理能力越来 越强，具有的功能越来越多，其传统功能语音通信只是其中的模块之一。随 着手机市场的不断发展，越来越多的手机用户己不仅仅满足于单纯的语音应用， 而是希望自己手中的手机是一个多媒体终端，不仅能支持数据、语音和图像服务 以及丰富的软件应用，还可随时随地发彩信、进行多媒体交互游戏、实时播放 m p 3 音乐或流媒体，以及高速上网浏览，而智能手机正是具备所有特征的新型载 体。智能手机集语音通讯、多媒体与电脑功能于一体，代表三者融合的方向，随 着第三代移动通信时代的到来，高端智能手机将在今后数年内成为市场主流产 品。目前已经有很多手持设备具有了原来p c 才具有的功能，在手持设备上进行 各种软件开发也成为研究的热点。在手持设备上开发视频编解码软件，除了要有 较高的嵌入式软件开发的技巧，平台也必须要有合理的体系结构来满足大量运算 和实时应用的要求。传统的单处理器方案不能满足这些并行任务的处理能力要 求，采用具有视频、j a v a 和安全专用硬件加速器的多处理器引擎系统级芯片能有 效解决这些多媒体任务的要求，并能有效降低系统功耗。目前针对手持设备的平 台很多，德州仪器( t i ) 公司提出开放式多媒体应用平台o 脚就是其中的 天津大学硕士学位论文基于o m a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 一种。 目前使用广泛的第二代移动通信( 2 g ) 的终端设备如手机等，通常包括一个 以d s p 芯片为核心的模块和一个以使用精简指令集( r i s c ) 的通用处理器( g e n e r a l p u r p o s ep r o c e s s o r ，g p p ) 为核心的模块。前者主要负责处理移动通信中的空中接 口相关问题，最主要的是收发各种信号、数据以及抑制噪声等，后者的功能是提 供用户交互的界面，提供应用级的信号处理以及命令控制等。2 g 提供的带宽有 限，所需的应用也非常有限，因此这样的结构完全能满足需要。但是3 g 的到来 伴随着更高的带宽，更多的应用特别是对一些要求高数据率和实时的应用，原有 的简单d s p + g p p 结构已经不能适应发展的需求。虽然仍然需要d s p 和g p p ，但是 这两个模块的功能界限正在消失。很多应用需要使用信号处理，因此它们的实现 是要具有低功耗和能处理复杂信号的d s p 来负责。而g p p 则专门负责系统管理、 命令、控制以及提供用户交互等功能。 要实现两个或以上并行工作的处理引擎的无缝工作，高水平的软件集成十分 重要。系统中的软件桥( s o f t w a r eb r i d g e ) 会识别所需要的任务并把它们分配给 最合适的处理器，或在某些情况下分配给空闲的处理器，它还会关闭未使用的处 理引擎，并在需要时再打开。 这种多处理器技术也有助于实现用户期望的快速响应性能。用户习惯在从网 上下载m p 3 音乐时等待，但是在听音乐时，他们希望歌曲选择、音量控制、暂停 或切换到另一个应用的过程是实时的，没有任何等待过程。在无线多媒体设备中， 这种性能要求并不容易实现。这是因为命令、控制功能、用户接口和信号处理在 播放m p 3 歌曲的同时都在运行，这些都需要不同类型的数据处理。用户接口动作 具有较高中断优先级，而信号处理需要执行连续和反复的复杂数学运算。 t i 公司的开放式多媒体应用平台o m a p 结构提供了一种能协调d s p 和g p p 并 无缝的充分发挥它们各自功能的方案。随着诺基亚、爱立信和索尼等制造商对该 平台的采用，该平台已迅速成为2 5 g 和3 g 无线终端的标准。t i 的o m a p 平台也得 到多媒体、保密、移动商务、游戏和定位服务等众多主流应用开发商的广泛支持。 2 1 2o m a p 的硬件结构【2 j o m a p 采用一种独特的双核结构，把控制性能较强的a r m 处理器和高性能低 功耗的d s p 核结合起来，是一种开放式的、可编程的基于d s p 的体系结构。a r m 是一家英国公司，它的文字含义是a d v a n c e dr i s cm i c r o p r o c e s s o r ( 高级r i s c 微 处理器) 。a r m 为客户提供1 6 3 2 位嵌入式r i s c 微控制器方案，将其r i s c 处理器 授权给电子公司使用。在便携式通讯，手持计算设备，消费类和数字化多媒体方 案中，a r m 正在逐渐成为标准。而d s p 核采用t i 的t m s 3 2 0 c 5 5 xd s p ，有高度并 4 天津大学硕士学位论文基于0 姒p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 行能力，它的3 2 位读写能力、功能强大的e m i f 、双流水线的独立操作及双m a c 的运算能力，以及它的变长指令、用户自定义的并行指令是优异的多媒体性能的 保证。其采用模块化的i d l e 模式，最大程度地降低了功耗。 o m a p 平台的硬件平台会逐步升级，以满足日益增长的应用需求。目前的 a r m 核选用t i e i l l l a n e e da r m 9 5 t d m i ，其上可以运行先进的操作系统如 w i n d o w sc e 、l i n u x 等。d s p 核采用t m s 3 2 0 c 5 5 xd s p ，其上运行的实时操作系 统( r e a l t i m e o p e r a t i o ns y s t e m ，r t o s ) 是d s p b i o s 。以本文所用的o m a p 5 9 1 0 为例，它在一块芯片上集成了一个t ia r m 9 2 5 和一块t m s 3 2 0 c 5 5d s p 处理器， 对于一些运算量大的实时处理，例如图像、视频、音频数据，可以采用d s p 进行， 以实现低功耗；对于通信、外设控制等功能，则使用m p u 实现，从而在功耗和 应用的复杂度之间建立了良好的平衡。利用不同的内核( 融s c 和d s p ) 和硬件加 速器的不同功能，从功耗和性能角度将一个算法映射到最佳的处理器引擎，根据 是否需要来将相应的电路打开或关闭，进一步节省了电能。由于d s p 采用复杂的 指令使其在一个时钟周期内能执行几次数学运算，而r i s c 结构和指令集般只允 许每指令周期执行一次运算。所以d s p 处理m p 3 音乐或视频流比s c 芯片需要的 时钟周期要少很多。而且，d s p 内核是由内存支持，而不是缓存。对紧凑的d s p 循环来说，内置的s r a m 具有执行确定性和省电两个主要优势，而r i s c 结构在处 理诸如用户接口、视频显示管理命令和控制功能时比d s p 更有效，在做这些操作 时用的电量比d s p 少，特别是在没有实时性要求的时候。 尽管采用硬件加速器提高了手机性能和电源效率，但其代价是降低了设计灵 活性和可升级特点。j i i 把这些加速器加到其o m a p 器件中以解决专用的加速任 务，如j a v a 、安全和视频应用中的离散余弦变换( d c t ) 、离散余弦逆变换、运 动估计和象素插值等。图2 1 是o m a p 5 9 1 0 硬件结构的示意图。 o m a p 5 9 1 0 硬件平台主要由d s p 核、a r m 核以及业务控制器( t r a 伍c c o n t r o l l e r ) 组成。这三个部分可以独立地进行时钟管理，有效地控制功耗。 o m a p 5 9 1 0 硬件平台采用双核技术提高操作系统的效率和优化多媒体代码的执 行。实时性任务如实时视频通信等由d s p 完成，非实时性任务和系统控制工作 如界面交互、操作系统等由a r m 完成。例如，使用者在进行视频通信的时候可 以同时使用操作系统上的应用软件如w o r d 、e x c e l 等，这样分别利用了d s p 低 功耗而又较强数据处理能力和a r m 的较强控制能力的优势。与传统只使用a r m 或者只使用d s p 芯片的移动终端相比，o m a p 成功地解决了性能与功耗的最佳 组合问题。 5 天津大学硕士学位论文基于o l l 4 a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 s d r a m f l a s h s r a m 图2 1o m a p 5 9 1 0 硬件结构的示意图 o m a p 5 9 1 0 两个关键部分是t i 增强型a r m 9 2 5 ( ，n 9 2 5 t ) 和，i m s 3 2 0 c 5 5 x d s p 。 t m s 3 2 0 c 5 5 xd s p 的工作主频是2 0 0 m h z ，内部有3 2 k 字双存取s r a m ，4 8 k 字单 存取s r a m 和1 2 k 的高速指令缓存。它具有高度的并行能力，3 2 位读写和功能强 大的e m i f 、双流水线的独立操作以及双m a c 的运算能力。它采用了三项关键的 革新技术：增大的空闲省电区域、变长指令、扩大的并行机制。此外t m $ 3 2 0 c 5 5 x d s p 核增加了处理运动估计、离散余弦变换( d c t ) ，离散余弦反变换( i d c t ) ， 1 2 象素插值的硬件加速器，降低了视频处理的功耗，其结构对于多媒体应用高 度优化，适合低功耗的实时语音图像处理。n 增强型a r m 9 2 5 采用删9 t d m i 技术，工作主频为1 7 5 m h z ，有1 6 k 字节的高速指令缓存、8 k 字节的高速数据缓 存和1 7 个字的写缓冲。a r m 和d s p 都可以访问内部s r a m 和外部存储器接口，但 是a r m 是平台的核心，它能访问全部1 6 m 字节的内存空间和d s p 的1 2 8 k 字节的 i o 空间。 o m a p 5 9 1 0 架构包含用于两个处理器的片上高速缓冲存储器，可降低到外部 存储器的平均发送次数，同时消除不必要的外部存取的功耗。两个核心的内存管 理单元( m m u s ) 提供虚拟物理内存转换。低功耗操作模式可保存不使用或者很 少使用处理器期间的能力。o m a p 5 9 1 0 架构还包含两个外部存储器接口和单个内 存端口。这三个存储器接口彼此完全独立，可同时从任何一个核心或者从d m a ( d i r e c tm e m o r ya c c e s s ，直接内存访问) 单元进行存取。每个处理器都具有自 己的外设接口，不但支持到外围设备的直接连接同时还支持从处理器到d m a 单 元的d m a 连接。定时器、通用i o ，u a r t 及监视定时器等在内的片上外设以及 彩色l c d 控制器均支持o s 一般的要求。 6 天津大学硕士学位论文基于0 m a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 2 1 3o m a p 的软件结构 o m a p 5 9 1 0 的软件结构建立在两个操作系统上，一是基于a r m 的先进的o s 如e p o c ，w i n c e 等；二是基于d s p 的d s p b i o s 引。如何使两个操作系统无缝工 作，是实现开放的软件平台的关键。这个核心技术就是首次正式应用在o m a p 平 台上的d s p b i o s 桥。 为加速信号处理任务，o m a p 平台的内核软件组件允许应用程序利用d s p ， 从而提高产品应用性能。用户可以与运行在t i e n h a n c e d a r m 9 2 5 上的操作系统互 动，同时使用d s p 来加速多媒体、语音、安全性或其它功能。凭借优化的底层软 件，d s p 能以低功耗方式执行这些信号处理任务，从而能够延长电池使用寿命， 并可实现更小的产品体积。 对应用开发人员而言，o m a p 平台的内核软件技术提供在不了解d s p 或信号 处理知识条件下利用d s p 功能的机制。开发人员通过易于使用的高级应用程序接 口( a p i ) 方便地获得d s p 加速算法，相同的a p i 集可运行于各种具有或不具有 d s p 的o 脚平台上，从而可促进代码的复用，将同样的软件应用到不同目标市 场的设备中。 为保持编程的简单性，在可能的条件下a p i 的开发都将基于现有的操作系统 a p i 。内核技术器件一般以共享库形式来实现，这样在多个应用中都可以利用其 所提供的功能。这样，内核技术可以作为库及报头文件的集合进行分配，简化了 应用程序的编程，并保护了o m a p 开发人员的知识产权。 2 1 3 1d s p b 1 0 s 桥( b r i d g e ) d s p b i o s 桥用于连接d s p 上的d s p b i o s 和其它通用处理器( g p p ) 上的o s 。 g p p 在o m a p 里是a r m ，还可以是m i p s ( m i c r o p r o c e s s o rw i t h o u ti n t e r l o c k e d p i p e s t a g e ) 等【4 】。d s p d i o s 桥具有高性能、高可靠性的特点，它是以对象为中 心的设计，从g p p 应用程序中使用，支持多个d s p 和一个g p p ，可以有效利用g p p 和d s p 的资源，并且可移植到不同的g p p 和d s p 硬件平台和操作系统上。此外， 它所提供的应用程序接口a p t 与将来的版本向后兼容。 o m a p 平台的内核软件技术采用d s p 倍i o s 桥及o m a p 平台的特性来开发， o m a p 平台可在d s p 及t i e n h a n c e da r m 9 2 5 上实现非对称多处理技术。 d s p b i o s 桥可将d s p 操作系统与t i e n h a n c e da r m 9 2 5 操作系统链接起来，从而 使应用程序能够以独立于设备的高效方式进行通信。d s p b i o s 桥还使开发人员 能够在多个基于o m a p 的平台l 重复使用其内核技术。图2 2 表示g p p 客户端程序 和d s p 任务间的关系。 天津大学硕士学位论文基于0 m a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 到其它d s 瑚童出器 入 l 件 图2 - 2g p p 客户端程序和d s p 任务间的关系 2 1 3 2g p p 端软件结构 一个g p p 应用程序或设备驱动程序可以使用d s p b i o s 桥a p i 与d s p 子系统上 的d s p 任务进行通信。例如：一个g p pw a v e 设备驱动程序可以利用a p i 发送信 息给d s p 任务来管理数据从h d c n d a c ，如图2 3 所示。 l 。 g p p 客户a d c 输入。 端程序 上 上 厂、 ( 滤波器 ) d s p b 1 0 s 桥a p i l t i l d a c l l l “i i l 7 i 硼u 山 i g p pd s p 图2 3 一个g p p 客户程序和d s p 仟务交互的例子 g p p 端d s p b i o s 桥a p i 以库的形式实现，它调用特定硬件的设备驱动程序， 如果没有一个针对特定硬件设备驱动程序，a p i 是不能工作的。对于g p pa p i 来 说，这些专用于d s p 子系统的设备驱动程序执行i o 操作和控制操作，就象其它 g p p 外设的设备驱动程序一样。每个d s p 设备驱动程序支持特定的d s p 子系统， 天津大学硕士学位论文基于0 m a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 如果存在同一个d s p 硬件的多个实例，那么这个d s p 设备驱动程序的多个实例都 会在g p p 的操作系统上运行。 d s p 设备驱动程序为g p p 端的a p i 完成很多功能，它负责d s p 的自举工作，为 d s p 装入r t o s 和应用程序代码，并启动d s p 运行。一旦d s p 已经初始化并且r t o s 进行运行状态，d s p 设备驱动程序就开始于g p p 和d s p 间的消息和数据流的传递 工作。与它对等的d s p 上的d s p 主机驱动程序。d s p 设各驱动程序和d s p 主机驱 动程序对所传递的内容并不关心。 2 1 3 3d s p 端软件结构【5 】 对于d s pr t o s ，d s p b i o s 桥增加了目标独立的流式i o 界面( s t i 洲) 、节 点( n o d e ) 和资源管理( r m ) 服务器。r m 服务器就象d s pr t o s 的一个任务 一样运行，并服务于g p p 的命令和查询。一旦g p p 端的程序通过g p p 端的a p i 发出 请求，r m 服务器响应，启动或停止d s p 信号处理节点。 由刚服务器的任务采用s t r m 和n o d e 界面，作为对应的g p p 客户程序的服 务器，并根据g p p 客户程序发出的信息进行处理工作。典型的，一个d s p 任务用 设备独立的流式i o 把数据从源端传送到宿端，并在数据传送过程中进行特定的 处理和转换。如图2 3 所示：一个w a v e 音频任务从g p pw a v e 设备驱动程序接 收到数据后，可能要执行音频解压缩( a d p c m ，m p e g ，c e l p ) ，然后把解压 缩的线性采样送到d a c 。在这个例子中用d s p 进行滤波，g p p 应用程序调用a p i 控帛i j d s p 上的音频滤波任务。a p i 用来控制d s p ，但g p p 和d s p 之间没有数据流， 如图2 3 所示。为初始化d s p 上的滤波器任务，g p p 应用程序要完成的工作如下： 连接到d s p 专分配滤波器任务节点及a d c 和d a c 设备节点专连接节点专创 建d s p 上的节点专启动滤波器节点。为终止d s p 上的滤波器应用，g p p 应用程序 完成的工作如下：调d s p 节点，终止a p i 发消息到滤波器来终止处理专删除滤 波器节点和a d c ，d a c 节点专与d s p 分离。 2 1 3 4o m a p 的开放性与发展 o m a p 的开放性表现在以下三个方面【6 】： 对于用户来说，基于o m a p 平台的应用是开放的。针对产品的操作系统， 用户不仅可以下载基于该操作系统的应用程序，还可以下载基于d s p 的 多媒体应用程序。也就是说o m a p 平台通过先进的操作系统平台不仅开 放了a r m ，而且开放了d s p 通过d s p b i o s 桥，d s p 的资源就如同a r m 的外设一样通过操作系统的a n 被调用。d s p b i o s 桥在o m a p 平台下实 现了双核的无缝连接。 9 天津大学硕士学位论文基于0 m a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 对于独立的软件制造商( i s v ) 来说，为o m a p 平台开发商业应用软件的 标准是开放。算法的兼容性及可评估性是关键。只有算法的性能、占用 资源及接口方式是标准的，算法才能离架。t i 公司的x d a i s ( e x p r e s s d s p 算法标准) 的出台解决了d s p 算法的标准化问题，所有x d a i s 兼容算法 都必须得到t 丁公司的兼容性测试。而且d s p b i o s 桥提供x d a i s 兼容算 法接日。i s v 开发的x d a i s 兼容算法可直接用于o m a p 平台。 对于原始设备制造厂商( o e m ) 来说，可以开放先进的操作系统。o m a p 平台支持的操作系统很多，如m i c r o s o f t 的w i n d o w sc e 、s y m b i a n 的e p o c ， a t i 的n u c l e u s 、w i n d r i v e r 的v x w o r k s 和l i n u x 等，o e m 厂商可以按 照自己的需求和l i c e n c e 情况去定制。同时，o e m 厂商还可以根据自己 的特点和产品的功能去选购算法和软件。 由于o m a p 平台结合了具有高性能、低功耗的处理器，而且是具有开放式的 特点。这些特性并有助于简化开发，加速新型无线产品的上市时间。o m a p 平台 为2 5 g 及3 g 无线应用提供了一个强大的软硬件基础。借助该平台，升发人员可 以创建各种多媒体产品，这些产品可以在各种o m a p 处理器上实现良好的用户体 验和便携特点。o m a p 平台提供了使开发人员高效创造用在新一代无线手持终端 的软件的架构。正因为如此，在t i 发布基于d s p 的o m a p 构架后，o m a p 受到很 多公司的重视，并被广泛应用于手持设备。 ，r i 公司推出的五种内建安全防护功能的o m a p 应用处理器，扩大德州仪器的 o m a p 处理器家族。新组件可支持包含绘图、多媒体内容和j a v a 程序的先进应用， 最多提高八倍的工作效能，同时将无线手机和p d a 的待命电流减少十倍。利用新 推出的应用处理器，行动装置制造商可设计体积更小、安全性更高而成本更低的 产品，提供更长的电池时用时间，并让多媒体应用的执行速度更快。 与现有o m a p 组件相比，新处理器为制造商带来更大的软件弹性与效能，除 了支持种类最丰富的图形操作界面和先进操作系统，包括l i n u x 、p a l mo s 、 s y m b i a n ，微软提供的p o c k e tp c 和s m a r t p h o n e 移动装置平台，以及n u c l e u s 和 来自众多独立o m a p 技术中心的系统整合服务，新处理器还为设计人员提供易于 使用的开放式软件设计环境和发展工具，使他们可以以充分发挥o m a p 处理器效 能。 o m a p 平台使应用程序开发人员无须深入了解d s p 或算法即可利用这些高级 功能。凭借基础软件的帮助，应用程序开发人员可以开发各种多媒体产品，这些 产品可提供良好的用户体验，并可实现在各种o m a p 处理器及器件上的便携性。 当内核软件技术将无线通信迅速推向新一代多样化移动服务时，其可实现o m a p 平台的巨大增值。 1 0 天津大学硕士学位论文基于0 m a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 可以预见，o m a p 代表- j 3 g 时代嵌入式设备发展的一个方向，在未来的几年 内它将广泛的应用于手持设备之上。 2 2o m a p 上的软件开发模式 2 2 1o m a p 上程序开发 在o m a p 上开发程序通常分为两部分，一部分是使用e m b e d d e dv i s u a lc + + 开 发a r m 端程序，另一部分是使用t ic c s 开发d s p 端程序。两部分的程序是通过 d s p b i o s 桥来进行交互的。 a r m 端部分是一个用c 编写的应用程序，它可以运行在g p p 操作系统如 w i n c e ，l i n u x 等之下。这部分程序通常称为客户程序，它的主要作用是利用操 作系统的各种资源提供一个用户交互的接口，同时通过d s p b i o s 桥使用d s p 的资源，控制d s p 初始化信号处理任务、与d s p 任务交换消息、对来自d s p 和 从d s p 发出的数据流进行缓冲、暂停、继续和删除d s p 任务和进行资源状态查 询等。另外，为了与设计的算法与x d a i s ( e x p r e s s d s p 算法标准) 兼容，客户 程序通常使用的是封装了符合x d a i s 的d s p 程序。 d s p 端部分的程序也称任务。通常是用c 或者汇编编写的程序，用来实际处 理所需要的任务。它通过d s p b i o s 桥接受客户程序的指令，完成任务的处理， 进行数据和信息的管理和交互，与一般d s p 程序的编写方法基本雷同。通常，要 按d s p b i o s 桥的要求写三个主要函数，分别处理任务的创建、执行及删除。此 外，通常用x d a i s 封装d s p 任务。 d s p b i o s 桥用于非对称的，由一个通用的处理器和一个或多个d s p 组成的多 处理器环境。d s p b i o s 桥作为l i p 端的操作系统和d s p 端的操作系统的软件组合， 将a r m 端的操作系统和d s p 端的操作系统连接起来。这种连接能够使g p p 端的客 户程序与d s p 的任务用一种设备无关、高效的方法交换信息和数据。d s p b i o s 桥提供两套应用程序接口( a p i ) ，分别应用于g p p 端和d s p 端。d s p b i o s 桥提 供的连接分为两种类型的子连接，消息子连接和数据流子连接。侮种子连接都按 顺序传递消息，哪个消息先到消息链，哪个消息就先被传递，同样哪个数据流先 到数据流链，哪个数据流就先被传递。每个子连接都独立地进行操作。 对于g p p 端( o m a p 5 9 1 0 中是a r m ) 操作系统来说，d s p b i o s 桥增加了a r m 端a p i ，它能使g p p 应用和驱动程序同时利用d s p 的资源。g p p 端的客户程序可以 通过a p i 完成以下工作： 初始化d s p 上的信号处理任务 天津大学硕士学位论文基于0 m a p 5 9 1 0 的无线流媒体系统的设计与实现 与d s p 任务交换信息 与d p s 任务双向交换数据流 停止、激活、删除d s p 任务 进行资源的状态查询 对于d s p 端的操作系统，d s p b i o s 桥添加了d s p 端的a p i ，使得a r m 与d s p 间可以交互信息和大数据量的“流。d s p b i o s 桥还定义了抽象节点的概念： 节点是一组相关代码和数据的集合。它本身是一个特殊的在d s p 上运行的任务。 当a r m 端客户程序使用g p p 端的a p i 要求时，节点将会在d s p 上被创建并启动， 直到不再需要的时候被删除。节点既可以用于信号处理也可以用于命令控制。 借助节点、g p p 和d s p 端的a p i 机制，d s p b 1 0 s 桥可以使g p p 端的开发者像 使用一个普通资源那样利用d s p 进行数据处理，而d s p 端实现的功能可以自己开 发也可以购买。 2 2 2d s p b i o s 的原理1 7 从2 2 1 节可以看到，d s p b i o s 桥在o m a p 编程中非常重要，它提供了若干抽 象的定义和两套a p i 为a r m 端客户程序和d s p 端负责实际处理的节点交互。其内 在的机制是理解o m a p 编程模式的关键。d s p b i o s 桥的组成如图2 _ 4 所示。 在典型配置中，g p p 与一个或多个d s p 相连，