HPI接13的視頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計

ARM通過HPI讀寫DSP數(shù)據(jù)空間，須按以下三步順序執(zhí)行：首先，對HPIC寄存器初始化，主要針對HPI16模式最低位HWOB位設(shè)置，決定數(shù)據(jù)傳輸格式是按高半字在前(設(shè)置為0)，還是低半字在前(設(shè)置為1)，該位對于HPI32模式無效，可不設(shè)置；然后，對HPIA寄存器初始化，設(shè)置訪問單元的地址；最后通過讀寫數(shù)據(jù)寄存器(HPIDA、HPIDF)實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫操作，其中讀寫HPIDA寄存器是完成連續(xù)地址單元讀寫操作，讀寫HPIDF寄存器是完成固定地址單元讀寫操作。注意，在ARM讀寫的過程中，如果DSP的nHRDY控制線一直為高，表示HPI數(shù)據(jù)總線未準(zhǔn)備好，ARM的讀寫操作必須等待；當(dāng)nHRDY為低后，ARM才繼續(xù)向下執(zhí)行指令。

2 Linux驅(qū)動設(shè)計
Linux雖然是一種整體式操作系統(tǒng)，但允許在運行時動態(tài)加載或刪除功能模塊。這個特點方便了驅(qū)動功能模塊的開發(fā)。Linux系統(tǒng)支持兩種模塊調(diào)用方式：一種是靜態(tài)編譯，直接編譯進(jìn)內(nèi)核，在系統(tǒng)啟動時就運行；另外一種是動態(tài)加載，在內(nèi)核運行時，用insmod／rmmod實現(xiàn)模塊的加載和刪除功能。在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，一般采用動態(tài)加載方式，避免了系統(tǒng)頻繁重啟。當(dāng)最終發(fā)布產(chǎn)品時，可以把模塊直接編譯進(jìn)內(nèi)核。這種處理方式比較簡單，且效率高。
Linux系統(tǒng)中，內(nèi)存地址主要涉及以下幾個概念：物理地址、內(nèi)核虛擬地址(包括內(nèi)核邏輯地址)和進(jìn)程虛擬地址。在內(nèi)核層，當(dāng)內(nèi)核要訪問某內(nèi)存空間時，用的是內(nèi)核虛擬地址，再由MMU(存儲器管理單元)將內(nèi)核虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。采用虛擬內(nèi)存技術(shù)，每個進(jìn)程都有互不干涉的虛擬空間。三者直接映射的關(guān)系如圖2所示，其中內(nèi)核函數(shù)zap_page_range完成去掉物理地址與進(jìn)程虛擬地址映射關(guān)系的功能。

2．1 驅(qū)動結(jié)構(gòu)
在Linux中，設(shè)備也是作為文件來訪問的。VFS(虛擬文件系統(tǒng))為各種不同的文件系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的訪問接口，通過這些接口，應(yīng)用程序可以直接使用open、read和IOctl等系統(tǒng)調(diào)用對設(shè)備進(jìn)行訪問和控制。
本例中，把HPI作為一個外圍設(shè)備，其驅(qū)動主要實現(xiàn)對設(shè)備的打開、關(guān)閉、內(nèi)存映射、視頻數(shù)據(jù)緩沖區(qū)管理和物理內(nèi)存切換等功能。根據(jù)原理圖，可以確定HPI四個寄存器對應(yīng)的物理地址，在驅(qū)動初始化過程中，調(diào)用ioremap_uncache函數(shù)把物理地址映射為內(nèi)核虛擬地址，在驅(qū)動層通過內(nèi)核虛擬地址訪問HPI的4個寄存器。
存儲器映射I／O把HPI驅(qū)動分配的數(shù)據(jù)空間直接映射到應(yīng)用程序的虛擬地址空間，應(yīng)用程序直接訪問該空間，避免了用read／write系統(tǒng)調(diào)用導(dǎo)致的視頻數(shù)據(jù)二次拷貝。在內(nèi)核里，由驅(qū)動分配一定的緩存，當(dāng)應(yīng)用程序不能及時處理DSP發(fā)送過來的視頻數(shù)據(jù)，可以緩存這些數(shù)據(jù)；當(dāng)應(yīng)用程序處理完一幀圖像時，采用Linux的物理內(nèi)存切換技術(shù)，把下一幀數(shù)據(jù)所在的物理地址重映射到應(yīng)用程序的同一虛擬地址，這樣，應(yīng)用程序不用頻繁調(diào)用mmap函數(shù)映射內(nèi)存。
2．2 存儲器映射I／O
一般情況下，當(dāng)應(yīng)用程序用read／write讀寫設(shè)備數(shù)據(jù)時，該設(shè)備的驅(qū)動先將設(shè)備數(shù)據(jù)從設(shè)備上采樣到內(nèi)核緩沖區(qū)，再從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到應(yīng)用程序緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)經(jīng)過了兩次拷貝。當(dāng)數(shù)據(jù)量比較小時，如一些控制命令或狀態(tài)信息，對系統(tǒng)性能幾乎沒有影響。但是，如果一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，比如視頻顯卡上的實時視頻圖像，兩次拷貝將大大影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效率。這時，可采用存儲器映射I／O技術(shù)，在內(nèi)核層存儲器映射I／O由函數(shù)remap_page_range完成。
由remap_page_range函數(shù)的原型可以知道，該函數(shù)的意義在于通過將特定物理地址映射到進(jìn)程虛擬地址，進(jìn)程可以訪問特定的物理地址，而這在普通情況下是不可能的。在本例中，當(dāng)進(jìn)程調(diào)用mmap函數(shù)進(jìn)行存儲映射時，內(nèi)核會調(diào)用驅(qū)動注冊的hpi_mmap函數(shù)，傳入的參數(shù)之一包括進(jìn)程虛擬地址。在hpi_mmap函數(shù)里，調(diào)用remap_page_range完成從緩沖區(qū)物理地址到進(jìn)程虛擬地址的映射。hpi_mmap函數(shù)實現(xiàn)如下：