开放式多媒体应用平台(OMAP)设计

1、. 开放式多媒体应用平台(OMAP)设计引言当今，消费者对无线通信效劳的要求越来越高，单纯的语音效劳已被复杂的多媒体应用所取代。而这些多媒体应用的开展必然使信号处理的复杂度大大增加，从而使移动终端软硬件的复杂度提高，能量消耗加大。而且，消费者在要求通信产品有更好功能的同时，还要求产品耗电量更低，体积更小。传统的单处理器方案已经不能满足这些处理要求。为解决这些矛盾，仪器(TI)公司提出了一种很好的解决方案，即可扩展开放式多媒体应用平台OMAP。从1998年开场，TI推出了OMAP310、OMAP710、OMAP1510、OMAP1610、OMAP5910/12、OMAPTM 1处理器、OMAPT

2、M 2处理器、OMAPTM 3处理器、OMAPTM 4平台、OMAPTM 5平台等处理器。由于OMAP系列处理器一直强调向上兼容性，所以系列之间的通用性很强，构造变化不大，程序便于移植。OMAP5910 是第一个将目标应用瞄准在嵌入式应用的高集成化的通用OMAP 处理器，它的应用已经超出了无线领域，能够实现互连计算、嵌入式计算、远程计算及新兴的融合计算，不仅适于25G3G 手持终端及PDA 市场，还将OMAP 平台固有的优势进一步扩展到了诸如数字媒体、生物特征识别、定位效劳、增强型游戏及远程通信等新的客户、商业及工业应用领域。下面以OMAP5910为例介绍OMAP平台的软硬件架构。OMAP59

3、10处理器含一个增强型ARM处理器(ARM925)和TI公司最新研制出的低功耗定点DSP(TMS320C55*)。设计这一双核心组件的目的就是为了有效处理多媒体应用和MMI应用。在这两个核心中，ARM925用于执行操作系统(OS)，而DSP用于处理所有多媒体应用。将两个核心放在一个289接脚的芯片中，这样不但节约电路板空间，而且可以降低功耗和本钱。除了这两个功能强大的核心外，OMAP组件中还备有各种各样的片上外围设备，使用户能够以一种几乎无缝的方式与USB、UART、蓝牙组件以及GSM模块等通用组件接口。下面分别讨论OMAP组件的具体细节。一、OMAP硬件构造概述OMAP平台由一个微处理器子系

4、统(ARM)，一个DSP子系统，一个存接口流量控制器、一些专用的多媒体应用外围设备(MWA)和一个多任务接口构成。OMAP中每个核心的最高执行速度都可到达150MHz，并且都可以随作业频率的降低而作出相应改动以节约功耗。ARM既支持32位也支持16位(Thumb模式)指令集。C55* DSP有5组数据总线，在一个周期允许三次读取作业和两次写入作业。C55*最独特的一点就是它具备双MAC构造，并且其部具有一个硬件图形加速器。综上所述，C55* DSP是一款高度复杂但功能强大的，专为基于多媒体的实时应用而设计低功耗组件。流量控制器(TC)用于控制对外部存的存取，其最高工作频率为75MHz。TC提供

5、三个接口，它们分别叫做外部存快速接口(EMIFF)，外部存慢接口(EMIFS)和部存储器接口(IMIF)。其中，EMIFF可与SDRAM连接，而EMIFS只能与闪存和速度稍慢的ROM连接。OMAP还有192K的部存储器，由ARM和DSP共享。但只有ARM才能配置DSP中的MMU(存映像单元)，因而决定DSP应以怎样的方式存取这些资源。TC可以看作储存资源的守卫，由它部的仲裁器来决定哪个核有权利存取这些资源，以及是否可以让两个核同时存取这些资源。为了加速数据存取速度以及执行外部存的代码，C55* DSP中参加了数据和程序缓冲存储器。ARM中有一个16KB的程序缓冲存储器和一个8KB的数据缓冲存储

6、器。而DSP中只有一个24KB的程序缓冲存储器。在OMAP中央有一个高性能的9信道系统直接存存取器(DMA)。这个9信道DMA允许在不同的埠间传送数据，而无需ARM干预。DMA可作业的端口包括EMIFF、EMIFS、IMIF和周边组件。在这个9信道DMA的顶端，有一个LCD控制器的专用DMA信道，它可以将数据从IMIF或EMIFF传送到LCD。OMAP组件中有品种丰富的片上外围设备，这些外围设备可分为DSP专用外围设备、DSP公共外围设备、MPU/DSP共享外围设备、MPU公共外围设备和MPU专用外围设备，其中有些外围设备只能用于DSP或ARM，其它的则可由二者共享。有了这些外围设备，OMAP

7、组件就可以和各种各样的储存媒介接口，例如多媒体卡、SD卡、SONY记忆卡以及各种符合串行接口标准的存。此外，OMAP还能作为一个USB1.10主控器，因而基于OMAP的组件就可以直接利用打印机打印相片，而无需接一台PC机。图一 OMAP中的两个核心透过几组外围设备总线存取周边组件。注意，每一个核心都有专用的外围设备总线，这些总线又与其它总线连接，以实现组件完全互联。核心对外围设备的存取就是这样控制的。例如，MPU桥和DSP专用外围设备间就没有外围设备总线连接。有一个外围设备很值得注意，这就是共享外围设备组中的外围设备。这些既可以透过MPU存取，也可以透过DSP存取。这种根本用法的目的是为了方便

8、在处理器进展通讯。每个核心都有专用，这些可以用来给另一个核心发送消息，也可以用来产生中断。二、OMAP软件概述前面我们从整体上讨论了OMAP的硬件构造和外围设备，现在我们来讨论OMAP处理器的软件开发平台。OMAP的软件构造是按几种风格来设计，可以满足从系统开发商、多媒体引擎开发商到DSP算法开发商的全方位的需要。下面我们将从一个高级系统开发商的角度来解释该软件构造。尽管OMAP是一个双核心组件，但基于ARM的用户并不需要知道组件中还有DSP。他们可能希望开发环境仍与单核心处理器时的开发环境一样。应用软件开发商也会希望在一个特定的商作为业系统下开发其应用软件。换句话说，他们希望将DSP完全抽离

9、出来。于是，为了使组件中DSP的存在变得透明，TI导入了DSP桥和多媒体引擎(多媒体网络网关)的概念。DSP桥为ARM和DSP设立，可将其看作同时存在于两个核心中的软件层。这里不详细讨论DSP桥的具体细节，但应该知道，DSP桥主要用来向ARM上执行的多媒体引擎导出一组API，以便其存取DSP资源。而多媒体引擎则向应用软件导出一组标准API，这些API正是应用软件开发商所熟悉的。在DSP端，DSP桥用于管理DSP资源和数据流，并向DSP算法提供接口。DSP上执行的算法可以是自行编制的，也可以是由专业算法设计商大量提供的现成算法。在大多数多媒体组件中，系统复杂度日益增大，开发日程也日渐紧缩，因此开

10、发商更倾向于购置第三方软件设计商提供的算法，而不愿仓促地自己编写。图二对系统开发商而言，将购置的算法与自编算法整合在一起是一项非常艰巨的任务。不同的算法开发商都会有他们自己独特的编写算法的方式。这其中还包括对I/O接口和存的不同用法。因此，在系统开发中，时间更多地被消耗在将不同厂商开发的算法整合起来，并力求使其合作顺利，不出过失。如果管理者决定为了增加产品功能而购置更多的算法，则情况会更糟。为了克制这一致命弱点，TI首先发起并开场领导一项算法标准定义工作，以管理DSP算法的编写方式，并力图使DSP算法具备类似即插即用的特性。这就是e*press DSP算法接口标准(e*press DSP Al

11、gorithm Interface Standard)，简称为*DAIS。DSP端的DSP桥为*DAIS兼容的DSP算法提供一个接口，我们称其为节点。图一中详细描绘了OMAP的软件构造。DSP桥的资源管理器(RM)上存有一个数据库，库中存放了DSP上所有节点的信息。当*个应用中涉及多媒体处理任务时，RM会在DSP上为其制作一个节点，然后向ARM申请存。一旦主机得知该节点的存在及其提出的存要求，ARM就会针对这个多媒体任务初始化该节点。接着，RM开场执行应用，于是DSP中的节点就开场执行多媒体任务。没有数据时DSP是不会开场进展处理的，对DSP桥而言也是如此。当ARM决定停顿该任务时，它会发送一

12、个指令以释放DSP上的任务节点，然后DSP就将释放该节点占用的所有存资源。这就为执行其它任务留出了空间，同时也方便了动态图像加载类系统的实现。在开场执行一项多媒体任务时，应用软件开发商只需完成一个他们很熟悉的函数调用，例如PlayMp3(song.mp3)，系统就会播放MP3歌曲。其它的一切都由多媒体网络网关和DSP桥处理。OMAP中采用了一种三步型软件模型，即制作、执行和删除。有关网络网关的三步型软件模型的概要可参看图二。OMAP的构造将软件开发商分为三种：应用软件开发商、DSP算法开发商和多媒体引擎中介软件开发商。应用软件开发商着力于设计和实现传统的操作系统应用，而DSP算法开发商则设计和

13、实现*DAIS兼容的讯号处理算法并完成实时DSP处理任务。最后，中介软件开发商则致力于将各种DSP算法整合在主系统DSP系统，并使它们成为应用软件设计商的可用材料。三、OMAP和现有多媒体处理器的比拟市场上还有一些处理器与OMAP有类似的功能，例如英特尔的*scale处理器和摩托罗拉的DragonBall处理器。这三款处理器中均包含一块ARM处理器。与具备复杂指令集算法(CISC)构造的处理器相较，这三款处理器能提供更加方便的配置以支持各种I/O需求。TI OMAP的强项就在于他具备全面的硬件加速器，可处理视讯、图像、音讯和语音应用。而且，OMAP中还采用一块专用DSP以应付手持式应用中的讯号

14、处理需求。毫无疑问，基于ARM的处理器当然也能进展快速的乘法和加法运算，但这些处理器并不具备循环缓冲、位反转、平行移位和硬件循环等针对DSP的寻址功能，这就使其在代码最正确化方面处于严重劣势。此外，OMAP处理器C5000上可用的DSP应用软件也比基于ARM的处理器多。以上谈到的这三个公司在处理器的设计上也采用了截然不同的方案：TI采用了DSP协同处理器来增强组件中DSP的功能，英特尔采用了具备增强的DSP性能的单RISC处理器，摩托罗拉则采用了多媒体加速器来加速那些基于DSP的应用的执行速度。TI在设计处理器时考虑了两组开发者：应用软件开发商和DSP软件程序员。这种考虑就使得不同的软件供货商

15、能够各自提供给用程序和软件，由Code poser Studio在这些不同的开发平台间提供桥接，因而实现应用程序及软件之间的对接。英特尔和摩托罗拉则不同，他们依靠一个通用的开发平台来实现其应用。这种统一的开发环境有它的优点，它提供的代码比TI的双重编程环境简单。但随着Code poser Studio(CCS)最新版本的发布，双平台编程方式开场变得越来越完整，而且它能够比统一开发平台更加方便有效地区分RISC和DSP的代码。处理器的功能是由支持它的工具箱决定的。OMAP具备完善的DSP工具箱(包括编译器、汇编器、器、加载器、具有高级图形显示和探测特性的除错器、芯片支持库和DSP/OS)、库、D

16、SP算法标准和第三方软件网络的支持。同时，OMAP还解除了软件开发和管理，以及利用平行除错管理器(PDM)对应用软件和DSP软件进展除错这三者之间的相互依赖性。从传统的硬件和软件设计看来，在现有的处理器根底上建构一个新的设计通常比重新去设计一个处理器更具吸引力。我们前面讲到的这些组件都是在已经成功应用的处理器根底上建构的，也就是基于ARM的组件和DSP。OMAP为将传统的基于DSP的产品整合在嵌入式系统中提供了新的思维。C55*处理器的高MIPS、低本钱和低功耗已经使其成为一款成功的并获得广泛应用的DSP芯片。将它与ARM925整合后又构成了一个综合了RISC和DSP优点的开发平台，因而能够非常有效地处理数据和讯号。这三款多媒体处理器所附带的外围设备控制器总的来说根本类似，这主要是因为他们所采用的基于ARM的RISC处理器所提供的支持特性根本一样。但不同的是，OMAP中的C55*处理器还能提供对McBSP、DMA控制器、中断处理器、定时器等外围设备的独特的支持，因而O