基于異構(gòu)多核全高清H264解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　全高清H264解碼任務(wù)由主處理器Cortex-A9和協(xié)助處理器Cortex-M3共同完成，Cortex-A9主要負(fù)責(zé)從多媒體文件中或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流中進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取、多媒體數(shù)據(jù)包過(guò)濾分離視頻流和音頻流、構(gòu)建RPMsg控制消息進(jìn)過(guò)virtio緩存封裝發(fā)送給協(xié)處理核Cortex-M3以設(shè)置IVA-HD加速引擎的控制參數(shù)、向協(xié)處理器發(fā)送多媒體數(shù)據(jù)包進(jìn)行H264解碼、在協(xié)處理器完成解碼任務(wù)后接收?qǐng)D像并通過(guò)DRM API及KMS模塊繪制到屏幕上。

　　平臺(tái)上有兩個(gè)Cortex-M3處理核，分為Sys M3和App M3，都運(yùn)行TI BIOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其中Sys M3主要負(fù)責(zé)創(chuàng)建與Cortex-A9通信的virtio緩存隊(duì)列，對(duì)程序執(zhí)行流程和CPU負(fù)載情況進(jìn)行記錄，接收A9發(fā)過(guò)來(lái)的緩存數(shù)據(jù)并進(jìn)行參數(shù)解析，同時(shí)根據(jù)緩存中dst參數(shù)分派緩存到App M3的相應(yīng)消息鏈表中。而App M3協(xié)處理器則完成實(shí)際的解碼工作，App M3將通過(guò)運(yùn)用于嵌入式平臺(tái)的Codec Engine來(lái)完成對(duì)IVA-HD加速引擎的操作。App M3將提取消息鏈表中消息請(qǐng)求相應(yīng)設(shè)置IVA-HD加速引擎的狀態(tài)和初始化參數(shù)，在進(jìn)行實(shí)際解碼時(shí)會(huì)通過(guò)Codec Engine來(lái)調(diào)用IVA-HD加速引擎來(lái)完成解碼任務(wù)并將解碼結(jié)果通過(guò)緩存隊(duì)列發(fā)送回Cortex-A9處理器。整個(gè)系統(tǒng)解碼的框架圖如圖4所示：

　　圖4 H264解碼器工作框架圖

　　3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　3.1 Cortex-A9軟件實(shí)現(xiàn)

　　Cortex-A9運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，包括內(nèi)核模塊omapdce.ko和virtio緩存、RPMsg總線驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和ffmpeg多媒體庫(kù)及DRM顯示接口調(diào)用。

　　3.1.1 virtio緩存隊(duì)列實(shí)現(xiàn)

　　Virtio緩存隊(duì)列以共享散列表的方式和協(xié)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)中斷方式通知對(duì)方散列表的添加，包括以下幾個(gè)方面：

　　1)Irq_require()注冊(cè)中斷函數(shù)，Register_bus_type(“virtio”)向系統(tǒng)注冊(cè)virtio總線

　　2)Regsiter_virtio_driver(

　　3)系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)協(xié)處理器后將通過(guò)register_virtio_device(

　　4)virtio_bus->match(

　　3.1.2 RPMsg消息框架實(shí)現(xiàn)

　　RPMsg總線將掛載許多rpmsg_driver和rpmsg_device，和rpmsg_driver都有本地端口src和目的端口dst屬性，每次發(fā)送消息時(shí)會(huì)調(diào)用rpmsg_send((void*)data，src，dst)將消息添加到virtio的緩存隊(duì)列中，而當(dāng)消息msg達(dá)到RPMsg總線時(shí)，總線把msg分配給dst屬性和msg->dst相同的rpmsg_driver，并調(diào)用rpmsg_driver->callback()進(jìn)行消息處理。

　　3.1.3 omapdce.ko驅(qū)動(dòng)模塊的實(shí)現(xiàn)

　　Omapdce.ko模塊將作為一個(gè)RPMsg driver，其實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序引擎相關(guān)API的內(nèi)核實(shí)現(xiàn)，主要包括ioctl_engine_open()、ioctl_viddec_create()，ioctl_viddec_control()、ioctl_viddec_process()，他們提供了應(yīng)用API engine_open、viddec_create()、viddec_control()、viddec_process()的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，這些驅(qū)動(dòng)函數(shù)將調(diào)用RPMsg總線rpmsg_send()、rpmsg_recv()與協(xié)處理器進(jìn)行消息通信以完成工作任務(wù)。

　　3.1.4解碼應(yīng)用viddectest實(shí)現(xiàn)

　　H264解碼應(yīng)用程序viddectest的工作主要分為以下幾個(gè)方面

　　1)Linux顯示接口DRM初始化，通過(guò)Drmopen()函數(shù)打開/dev/dri/card0設(shè)備文件，獲取設(shè)備資源drmModeGetResources()，創(chuàng)建幀緩存drmModeAddFB2()及設(shè)置輸出分辨率及模式drmModeSetCrtc()

　　2)FFmpeg媒體庫(kù)的調(diào)用，通過(guò)AVOpenStreamFile()打開多媒體文件，AVFindStream()分離出音頻流和視流，然后依次通過(guò)AVGetPacket()讀取視頻流數(shù)據(jù)包送去解碼器進(jìn)行解碼。

　　3)加速引擎初始化和利用消息總線進(jìn)行解碼數(shù)據(jù)通信，通過(guò)Engine_open()打開H264解碼引擎，Viddec3_create()創(chuàng)建一個(gè)解碼實(shí)例對(duì)象，Viddec3_control()設(shè)置解碼所需的參數(shù)，Viddec3_process()將用RPMsg消息總線送出解碼數(shù)據(jù)流并接收解碼后的圖像緩存數(shù)據(jù)，其流程圖如圖5所示：

　　圖5&6 應(yīng)用viddectest流程圖&M3運(yùn)行流程圖