ch9 基于OMAP5912的开发应用.ppt

1、嵌入式系统设计大学教程,第九章 基于OMAP5912的开发应用,主要内容,9.1 OMAP5912的结构和特点 9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计 9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.1 OMAP5912的结构和特点,OMAP5912处理器是由TI应用最为广泛的TMS320C55x DSP内核与低功耗、高性能的ARM926EJ-S微处理器组成的双核应用处理器。C55x系列可提供对低功耗应用的实时多媒体处理的支持；ARM926可满足控制和接口方面的处理需要。,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.1 ARM926EJ-S内核 ARM926EJ-S内核是采用32位RIS

2、C处理器，并采用ARM9作内核，同时配备Thumb扩展。它能够处理32位或者16位的指令，处理8位、16位和32位数据。,9.1.1 ARM926EJ-S内核,这款新型高性能、低功耗的微构架采用协处理器CP15使体系结构得到增强。系统中的控制寄存器可通过对协处理器CP15的读写来对MMU、Cache和读写缓存控制器进行存取操作。这种微构架在ARM核的周围提供了：指令与数据存储器管理单元，指令、数据和写缓冲器，性能监控、调试和JTAG单元以及协处理器接口，MAC协处理器和内核存储总线。,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.2 TMS320C55x内核 TMS320C55x内核的主要特点

3、是：有1个64位8位的缓存队列，2个17位17位的乘法累加单元，1个40位的算术逻辑单元，1个16位的算术逻辑单元，1个40位的桶形移位器和4个40位的加法器。另外还有12条独立的总线，即：3条数据读总线，2条数据写总线，5条数据地址总线，1条程序读取总线和1条程序地址总线。此外，还有用户可以配置的IDLE域。,9.1.2 TMS320C55x内核,内核主要由4个单元组成： 指令缓冲单元（I单元） 程序流单元（P单元） 地址数据流单元（A单元） 数据运算单元（D单元）,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.3 存储器管理 存储器通信控制器（Traffic Controller，以下简称

4、TC）管理着MPU、DSP、DMA以及局部总线对OMAP5912系统存储资源（如SRAM、SDRAM、FLASH、ROM等）的访问。它的主要功能是确保处理器能够高效访问外部存储区，并避免产生瓶颈现象而降低片上处理速度。,9.1.3 存储器管理,MPU子系统用于控制存储器管理单元（MMUs）、系统直接存储器访问（DMA）控制器、MPU TI外设总线（TIPB）桥和一些外设。,图 91 MPU存储器映射,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.4 直接存储器访问控制器（DMA） 直接存储器访问控制器（Direct Memory Access，DMA）可以在没有MPU干预的情况下实现存储空间中

5、不同位置间的数据传递。这种数据传递的数据源和数据目的地可以是片内存储器、片外存储器以及各种系统外设，它们都伴随在MPU的操作中。通过使用DMA，可以减小系统进行大量数据传递时对MPU处理器所造成的工作负荷。,9.1.4直接存储器访问控制器（DMA）,DMA通道是基于硬件实现的，因此也称为物理通道。其中，每一条通道都受一组配置寄存器控制，可以用软件来设置传输参数，诸如数据长度、数据源地址和目的地址等。这些物理通道配置寄存器位于MPU的存储空间里。所有的物理通道都是并行操作的，可以并行进行多组数据的传递，每一组数据占据一个通道。如果几个通道都使用相同的DMA端口，它们就会时分复用这个端口。,9.1

6、.4直接存储器访问控制器（DMA）,图 93 DMA传输基本流程,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.5 时钟和电源管理 OMAP5912微处理器提供了2个振荡器以辅助管理电源耗损。设计系统时，在待机模式下可以直接关闭12MHz的振荡输入，只留下32kHz振荡器来维持系统运作。这样，不但可以保证系统运行，让需要维持运行的周边正常操作（例如用户可以通过Keypad等输入装置来唤醒整个系统），而且可以很容易地关闭大部分接口设备，达到控制电源耗损的目的。,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.6 外围控制模块 1. MPU专用外设器 包括定时器、看门狗定时器和中断处理器。这3种标准

7、外设只能通过ARM926专用总线（TIPB）的访问来提供所需的操作系统和应用的管理功能。,9.1 OMAP5912的结构和特点,2. MPU公共外设 主要有照相机接口、MPU I/O、Microwire接口、USB接口等，这些设备只能被MPU和MPU配置的系统DMA控制器访问。因为该总线可以被系统DMA控制器访问，所以称为公共总线。DSP不能访问该总线上的外设。,9.1.6 外围控制模块,3. DSP专用外设 包括定时器、看门狗定时器和中断处理器。 4. DSP公共外设 包括2个多通道缓冲串口和2个多通道串口，可以被DSP以及DSP DMA直接访问。这些外设也可以被MPU和系统DMA通过MPU

8、I接口访问，但MPUI接口必须进行相应的配置。,9.1.6 外围控制模块,5.共享外设 系统的共享外设有： 邮箱模块，可以实现DSP和MPU之间基于中断的信号交换； 串口； 8个通用计时器； 3个UART； I2C总线的主从接口； 多通道缓冲串口（McBSP）； 多媒体卡（MMC）和SD接口； 64个通用功能的输入输出（GPIO）； 32KHz的同步时钟。,主要内容,9.1 OMAP5912的结构和特点 9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计 9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计,OMAP5912中的ARM926内核主要负责提供操作系统、用

9、户界面和高级应用，进行实时多任务调度管理，以及对DSP CSSx进行控制和通信。DSP核适合语音应用所需要的实时信号处理功能，主要负责实现复杂的多媒体信号处理。将经过解码处理的信号进行D/A转换和功率放大，进一步输出到耳机等输出设备。,9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计,9.2.1 电源管理模块 针对OMAP平台低功耗的特点，对电源管理模块提出了更高要求。OSK开发板采用TI推出的手持式高整合度电源IC芯片TPS65010。该产品具有高性能级别，并且功率转换效率高达97%，与其他分立解决方案相比，采用TPS65010可大大减小所占电路板空间。,9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计

10、,9.2.2 存储模块 因为系统最后要脱机运行，所有的程序都要固化到FLASH里面，包括中断矢量表、初始化代码、引导代码、系统的应用程序，还有显示菜单用到的字模。在硬件开发阶段，可以在FLASH的存储空间位置上通过跳线器再并接一个RAM，这样就可以通过CCS直接向其中加载程序，避免了在调试中断和引导过程中反复修改烧写FLASH的操作。,9.2.2 存储模块,1. Flash Memory OMAP5912可支持两块NOR FLASH芯片。OSK开发板采用2块Micron公司的MT28F128J3芯片，其单片容量为16MB。OMAP5912有24根地址线A1A24可使用。,9.2.2 存储模块,

11、. DDR SDRAM 在一个时钟周期中DDR可以完成SDRAM两个周期才能完成的任务，所以理论上同速率的DDR内存与SDRAM相比，性能要超出一倍。可选用一块工作电压为1.8V的低功耗DDR SDRAM芯片。 在OSK开发板中选用的是Samsung公司的K4X56163PE-L(F)G，该芯片容量为32MB，工作频率100MHZ（DDR200）。,9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计,9.2.3 音频处理模块 音频处理模块在硬件上使用了基于IIS总线的音频系统体系结构。IIS（Inter-IC Sound bus）又称I2S，是菲利浦公司提出的串行数字音频总线协议。音频电路包含了两路音

12、频输入（line in和mic in）和一路音频输出（headphone out）。,9.2.3 音频处理模块,TLV320AIC23（以下简称AIC23）是TI推出的一款高性能、集成有模拟功能的立体声音频CODEC，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式（二选一），而且对输入和输出都具有可编程增益调节。 AIC23的模数转换（ADC）和数模转换（DAC）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma-delta过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16、20、24和32位的采样，ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB和100dB。,9.2 基于OMAP59

13、12的硬件平台设计,9.2.4 外围接口 1. CF卡接口 CF卡有两种规格：Type I和Type II，前者厚度为3mm，后者厚度加倍，但容量也随之提升。,9.2.4 外围接口,2.以太网接口,图 97 LAN91C96内部结构,9.2.4 外围接口,3.以太网接口 JTAG/Multi-ICE仿真调试接口：OMAP提供JTAG信号，并通过SN74LV C244AGQN缓冲，连接到外部接口。 USB接口：OMAP5912的USB主机控制器提供了低速（1.5Mbps）和全速（12Mbps）的传输速率。,主要内容,9.1OMAP5912的结构和特点 9.2基于OMAP5912的硬件平台设计 9

14、.3基于OMAP5912的软件系统设计,9.3.1 OMAP5912系统的软件架构,图 98 OMAP5912系统软件架构框图,9.3.1 OMAP5912系统的软件架构,为了实现跨平台的要求，系统在驱动程序之上再建立一层硬件抽象层（HAL），通过对硬件的抽象描述，可降低和底层硬件的耦合度，即使底层的硬件变化，只要有适当的驱动程序，整个系统的架构不需改变就可以运作。这主要是为以后的系统扩展和移植做准备。,9.3.1 OMAP5912系统的软件架构,系统服务指的是位于语言层次，提供应用程序语言呼叫的一组接口及其操作，其作用类似于DOS下的INT 21H指令，即提供中断服务程序，只要应用程序向操作

15、系统请求协助，系统服务就会被调用，这一层还包含了对系统语言库的支持。,9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.3.2 嵌入式Linux系统的启动流程 Linux操作系统在嵌入式系统中越来越受欢迎，基于Linux的嵌入式PDA和手机产品也层出不穷。一般来说，一个嵌入式Linux系统的启动可以分为四个层次 。 引导加载程序 Linux内核 文件系统 用户应用程序,9.3.2 嵌入式Linux系统的启动流程,在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序（有的嵌入式CPU可能会有一段短小的启动程序，如TI MSC1210等），因此整个系统的加载启动任务就完全由Bootloader来完成。

16、比如在基于XScale core的嵌入式系统中，系统在上电或复位时通常都从地址0 x00000000处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的Bootloader程序。,9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.3.3 Bootloader及其移植 简单地说，Bootloader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序，相当于PC机主板上的BIOS，是最底层的引导软件。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。,9.3.3 Bootloader及其移植,1.Bootloader

17、在嵌入式系统的重要性 一般情况下，计算机操作系统的启动都需要一个引导加载程序。其主要的原因在于现在计算机系统多采用“易失性”的半导体存储器作为内存，如PC系统中采用的EDO DRAM，SDRAM，DDR SDRAM等，一旦断电，内存中的操作系统映像就消失了，因此只能将操作系统存储在非易失性的存储介质上，在系统加电的时候才能将其中的操作系统映像装入内存中运行。,9.3.3 Bootloader及其移植,实际上大多数嵌入式系统还是采用了引导加载程序，而不让可执行映像在EEPROM或FLASH中就地执行。一般而言，这样做是出于几个方面的考虑： 效率方面的考虑 操作系统的多样性 存储地与执行地分离 调

18、试/排错方面的考虑 嵌入式系统独特的开发模式,9.3.3 Bootloader及其移植,2.Bootloader的相关概念 通常，Bootloader是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式系统中。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的Bootloader几乎是不可能的。尽管如此，仍然可以对Bootloader归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的Bootloader设计与实现：,9.3.3 Bootloader及其移植,Bootloader所支持的CPU和嵌入式系统板 Bootloader的安装媒介 用来控制Bootloader的设备或机制 Bootloader的操作模式 Bootloade

19、r与主机之间进行文件传输所 用的通信设备及协议 Bootloader的启动过程,9.3.3 Bootloader及其移植,3. Bootloader的移植 嵌入式领域中操作系统的移植关键在Bootloader的移植和操作系统内核硬件相关部分移植。设计和实现一个好的Botloader将大大提高操作系统移植的稳定性，并大大加快操作系统移植的周期。,9.3.3 Bootloader及其移植,(1) Bootloader移植中的关键问题 处理器异常 内存初始化,9.3.3 Bootloader及其移植,(2) U-BOOT的移植 Bootloader（引导加载程序）是系统加电后运行的第一段代码。一般它

20、只在系统启动时运行非常短的时间，但对于嵌入式系统来说，这是一个非常重要的系统组成部分。当我们使用单片机或者像C/OS这样的操作系统时，一般只需要在初始化CPU和其他硬件设备后，直接加载程序即可，不需要单独构建一个引导加载程序。但构建或移植一个Bootloader，从某种意义上来说，对所有的Linux系统都是一个必不可少的任务。,9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.3.4 Montavista Linux内核的移植 嵌入式Linux主要可以分为两类： 第一类是在利用Linux强大功能的前提下，使它尽可能地小，以满足许多嵌入式系统对体积的要求，如uClinux； 第二类是将Linux开

21、发成实时系统（如RTLinux，MontaVista Linux）应用于一些关键的控制场合。,9.3.4 Montavista Linux内核的移植,1.软件环境配置 安装Montavista Preview Kit到/opt/montavista中。 安装成功后，还要进行本地用户的一个备份操作。 接下来我们将做一个嵌入式内核源码树的本地备份。 做一个指向linux-2.4.20_mv131的逻辑链接，以便以后编译不同的内核时，只需修改相应的链接，而不必对Makefile进行改动。,9.3.4 Montavista Linux内核的移植,2.参数配置 根目录 arch目录 arch/arm/b

22、oot目录,9.3.4 Montavista Linux内核的移植,3.编译和移植 当对内核配置或者相应的功能进行改动后，一般都必须重新编译内核。编译内核的同时也编译和链接用到的各个模块。,9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.3.5 文件系统的移植 当系统启动后，操作系统要完成的最后一步是挂载根文件系统。在开发过程中，通过网络以NFS方式来挂载在Linux主机上的文件系统，这样就不必要每次有改动都要重新烧写文件系统的镜像文件了。它的实现基于对主机进行相应的配置并启动NFS服务。,9.3.5 文件系统的移植,我们采取的文件系统技术是JFFS2文件系统。JFFS2是基于JFFS开发的闪

23、存文件系统，除了日志功能，它也包括了TrueFFS的负载均衡、垃圾收集等功能，并且源代码公开。它使用的是基于哈希表的日志结点结构，大大加快了对结点的操作速度。文件系统的移植只需往内核添加MTD的驱动，并用mkfs.jffs2来生成镜像文件，接着同样利用U-boot将其烧写进FLASH的特定位置。,9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.3.6基于OMAP5912平台的Linux设备驱动程序 Linux驱动程序中将音频设备按功能分成不同类型，每种类型根据其次设备号来区分。AIC23音频芯片提供数字化音频，其功能是实现播放数字化声音文件或录制声音，同时还提供混频器、音序器等功能。 /dev

24、/dsp的驱动设计主要包含设备的初始化和卸载、设备文件操作的实现等。,1. file operations结构的初始化,file operations结构贯穿在整个驱动程序中，其代码如下： static_ stntct file operations soundcore_fops= /*指向拥有该结构模块的指针，内核使用该指针维护模块的使用计数*/ .owner = THIS_MODULE； /*把soundcore open函数指针赋给open入口点*/ .open = soundcore-open； ；,2. 模块的初始化,AIC音频模块初始化通过对initt soundcore（void

25、）的实现来完成以下几个任务： 以字符设备类型向系统注册AIC23音频模板设备，其主设备号为14。 使用设备文件系统（devfs），创建目录/dev/sound，并放置设备文件。 做一些必要的系统日志，根据各种条件用printk()向系统日志缓冲区写入不同级别的信息，如设备是否在使用中等。,3. 模块的卸载,AIC音频模块卸载需要完成以下几个任务： int unregister chrdev（unsigned int major，const char *name）向系统注销该字符设备。本程序中major参数是前面注册时的主设备号，name与注册时提供的name字符串相同； 调用devfs_remove（sound）删除/dev/sound目录； 调用printk()函数，做一些必要的系统日志。,4. 模块的使用,对上述模块编译并加载后，root用户可用mknod命令