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Sanjay Bhal 戰略市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理，多核與媒體基礎架構業(yè)務(wù)部 Raj Sivarajan 軟件工程設計經(jīng)理，多核與媒體 基礎架構業(yè)務(wù)部 Raghu Nambiath 軟件設計工程師，多核與媒體基礎架構業(yè)務(wù)部 介紹 多核數字信號處理器 (DSP) 現已開(kāi)始在不同的細分市場(chǎng)逐漸推廣， 包括測量測試、關(guān)鍵任務(wù)、工業(yè)自動(dòng)化、醫療與高端影像設備，以及高性能計算等。隨著(zhù)這些應用的處理需求不斷增長(cháng)，德州儀器 (TI) 通過(guò)了新一代可擴展高性能 TMS320C66x 多核 DSP。C66x 器件建立在 TI KeyStone 架構基礎之上，可為多核器件中的每個(gè)內核提供全面的處理功能，是實(shí)現真正多核創(chuàng )新的平臺。TI C66x 高性能 DSP 包括采用單、雙、四以及八內核配置提供的引腳兼容及可擴展器件。 德州儀器 (TI) 對多核 DSP 編程模型思路非常全面，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列能夠在 TI 多核 DSP 平臺上實(shí)現快速開(kāi)發(fā)的可擴展工具與軟件。本文主要介紹 TI 多核軟件開(kāi)發(fā)套件 (MCSDK)，具體內容涵蓋對各種可用軟件套件以及實(shí)用程序及工具鏈的概述，可為編程人員開(kāi)發(fā) Linux 等高級操作系統以及實(shí)時(shí)操作系統SYS/BIOS 助一臂之力。 MCSDK 的優(yōu)勢 TI MCSDK 旨在提供一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，通過(guò) TI 高性能多核 DSP 平臺實(shí)現快速開(kāi)發(fā)，加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。MCSDK 實(shí)現這一目標的方法包括： · 為客戶(hù)提供經(jīng)測試的良好集成型通用軟件層，客戶(hù)無(wú)須從頭開(kāi)發(fā)通用層。例如，TI MCSDK 為配置和控制各種片上外設及加速器集成并測試了各種驅動(dòng)器�？蛻�(hù)可使用驅動(dòng)器接口加強片上輸入輸出 (I/O) 機制以及加速功能。由于該軟件是專(zhuān)為器件優(yōu)化的，因此使用 MCSDK 的客戶(hù)可從理想的性能優(yōu)勢中獲益； · 集成 SYS/BIOS 實(shí)時(shí)操作系統及 Linux 高級操作系統支持； · 為簡(jiǎn)化編程以及在 TI 可擴展多核 DSP 平臺上實(shí)現未來(lái)可移植性提供定義完善的應用編程接口。例如，用于內部核心通信的 API 可在不進(jìn)行任何代碼修改的情況下，擴展支持 TI 多核 DSP 的雙、四或八內核版本。此外，相同 API 還可用于使用 Serial RapidIO® 等行業(yè)標準 IO 實(shí)現器件間的通信； · 建立示例文檔，可幫助編程人員開(kāi)發(fā)其應用。這些示例將為在多核上運行 RTOS 和在多核上同時(shí)運行 RTOS 與 HLOS 提供有力幫助。此外，這些示例還將展示各種應用情況，不但可幫助客戶(hù)開(kāi)發(fā)新應用，而且還可提供一個(gè)從單內核系統到多核系統或從多核系統到單內核系統移植的路徑； · 與 Code Composer StudioTM 等 TI 工具以及 TI 第三方工具生態(tài)系統集成。 下圖（圖 1）是上述 MCSDK 及各種組件的概覽圖。 
▲圖 1. TI MCSDK 組件 TI MCSDK 實(shí)際上由兩個(gè)軟件生態(tài)系統構成。第一個(gè)生態(tài)系統基于 Linux，第二個(gè)基于 SYS/BIOS。兩個(gè)都包含可幫助客戶(hù)便捷啟動(dòng)開(kāi)發(fā)的所有功能性軟件。每個(gè)生態(tài)系統都包含用于多核器件編程的各種機制（比如處理器間通信），在相同器件的不同內核上既可獨立使用，也可組合使用。以下章節將總體介紹每個(gè) MCSDK 組件。 Linux MCSDK Linux 多核軟件開(kāi)發(fā)套件 (MCSDK) 為支持運行在 TI C66x 系列高性能多核 DSP 上的 Linux 生態(tài)系統奠定了堅實(shí)基礎。該套件包含可隨時(shí)投入使用的 Linux 內核、驅動(dòng)器、樣片應用以及經(jīng)驗證的工具，可充分滿(mǎn)足客戶(hù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求。Linux MCSDK 以開(kāi)源發(fā)行版形式在 www.linux-c6x.org 上提供，包含預構建二進(jìn)制程序，可隨時(shí)通過(guò)在參考平臺上運行來(lái)演示 TI 高性能多核 DSP 的功能。 總體而言，支持 C66x 多核 DSP 的 Linux 是 C66x 多核客戶(hù)、獨立開(kāi)發(fā)者以及廠(chǎng)商協(xié)作社區推動(dòng)的結果，可幫助參與和強化總體開(kāi)發(fā)生態(tài)系統。目前已有多個(gè)參與方參與內核與工具鏈的開(kāi)發(fā)和上游對接。具體包括 GCC 工具鏈的 CodeSourcery（現在是 Mentor EmbeddedTM 的一部分）以及內核社區知名的 Linux 開(kāi)發(fā)商等。 生態(tài)系統組件 對 Linux 生態(tài)系統的支持預計將是各種更豐富高性能應用的關(guān)鍵使能技術(shù)，可幫助客戶(hù)輕松推出基于 TI C66x 多核 DSP 的平臺�？偟膩�(lái)說(shuō)，該基礎架構可通過(guò)增添市場(chǎng)導向型應用來(lái)幫助客戶(hù)降低開(kāi)發(fā)成本，集中精力提升價(jià)值定位。 Linux MCSDK 采用 uClinux 類(lèi)內核，因其較小的占位面積非常適合多核 DSP 的開(kāi)發(fā)。另外，Linux MCSDK 還包含支持訪(fǎng)問(wèn) DSP 內部所有外設的器件驅動(dòng)器，這些外設將隨實(shí)際 DSP 的不同而不同。圖 2 是支持 KeyStone 器件的外設與驅動(dòng)器。
▲圖 2. Linux MCSDK 的軟件生態(tài)系統組件 進(jìn)程間通信 多核架構的主要編程要求之一就是能夠在各種內核之間進(jìn)行高效通信。TI Linux MCSDK 支持在運行 SYS/BIOS 的核心之間，以及其它 Linux 內核之間的通信，從而可為滿(mǎn)足各種潛在產(chǎn)品需求提供高度的靈活性。 內核間的 IPC TI Linux MCSDK 通過(guò) SYS/Link 模塊提供進(jìn)程間通信 (IPC) 驅動(dòng)器，以在運行 Linux 高級操作系統 (HLOS) 的兩個(gè)內核以及運行 SYS/BIOS 實(shí)時(shí)操作系統 (RTOS) 的多個(gè)內核之間實(shí)現通信。在預期的使用情況下，應在信號處理應用在 BIOS 內核上執行的同時(shí)控制運行在 Linux 內核上的代碼。該軟件架構將幫助運行 Linux 的主機內核把信號處理分配給多個(gè)內核的同時(shí)，順暢地繼續執行其它任務(wù)。SYS/Link IPC 模塊可為在多個(gè)內核中發(fā)送和接收不同字長(cháng)消息提供 MessageQ 支持。 如圖 3 所示，Linux MCSDK 還能使用一種支持 IO 虛擬的標準化 Linux 框架 virtIO 在單一 DSP 內實(shí)現在多個(gè)內核中運行的多個(gè) Linux 實(shí)例。
▲圖 3. 多個(gè) Linux 實(shí)例情況下的 IPC 使用 軟件 開(kāi)發(fā)工具 Linux MCSDK 可為用戶(hù)提供各種編譯器工具及調試選項。在編譯器方面， 開(kāi)源社區普遍使用的 GCC 與二進(jìn)制工具可通過(guò) Mentor Embedded 提供給 C66x 多核 DSP。在信號處理代碼等應用實(shí)例中，開(kāi)發(fā)人員能夠使用 TI 提供的編譯器獲得更高性能。另外，GCC 和 TI 編譯器還具有互操作性， 因此開(kāi)發(fā)人員可選擇使用 TI 編譯器或 GCC 滿(mǎn)足不同部分的應用代碼需求，而系統的其余部分則仍然使用 GCC 構建。這樣用戶(hù)就可高度靈活地進(jìn)行與代碼性能有關(guān)的利弊權衡。 在調試方面，用戶(hù)模式下的應用可使用 Mentor Embedded 提供的 GDB。對內核調試或者無(wú)操作系統的程序運行，使用 Mentor Embedded 提供的 Debug Sprite 和 TI 基于 CCS 的調試器，就可實(shí)現基于 JTAG 的調試。 TI C66x EVM 上的創(chuàng )造性演示體驗 Linux MCSDK 的最后一個(gè)組件是創(chuàng )造性 (OOB) 演示軟件與示例應用。OOB 演示應用包含 Web 界面，可為用戶(hù)提供通過(guò)以太網(wǎng)連接 PC 訪(fǎng)問(wèn) EVM 的控制面板，以便在啟動(dòng)后提供各種功能。在初期版本中，控制面板可提供一種簡(jiǎn)便的方法為用戶(hù)更新引導加載程序及內核。后續版本將支持可展示和演示多核相關(guān)功能的其它基本功能，比如運行 BIOS 和／或 Linux 的內核間 IPC 通信以及下載和引導多核應用等。 BIOS MCSDK BIOS 多核軟件開(kāi)發(fā)套件 (MCSDK) 以集成方式提供內核基本構建塊，可為在 TI 高性能多核 DSP 上使用 SYS/BIOS 實(shí)時(shí)操作系統進(jìn)行應用軟件開(kāi)發(fā)提供便利。BIOS MCSDK 在統一可下載套件中綁定全部主要嵌入式軟件，并在 TI 網(wǎng)站上免費提供。BIOS MCSDK 配套提供的軟件均為預構建庫源代碼，并按 BSD 許可證進(jìn)行分銷(xiāo)。除了基礎軟件元素外，BIOS MCSDK 還提供使用這些組件的演示應用，可展示客戶(hù)使用 BIOS MCSDK 創(chuàng )建應用的方法。 BIOS MCSDK 采用這種結構進(jìn)行設計的驅動(dòng)因素之一，是為了簡(jiǎn)化各平臺間的設計流程以及對客戶(hù)在各個(gè) TI 器件之間進(jìn)行移植的考慮。TI 了解客戶(hù)可能有采用通用軟件支持不同器件的多種產(chǎn)品，因此移植策略應重點(diǎn)考慮利用客戶(hù)在現有以及未來(lái) TI 器件上的軟件投資。例如，該流程可從在 TI 評估平臺上運行內含 TI 演示軟件開(kāi)始，然后將該演示移植至客戶(hù)平臺，最后在客戶(hù)平臺上導出客戶(hù)應用。另外一個(gè)步驟就是將該應用移植到新一代 TI 架構上（圖 4）。
▲圖 4. 將應用移植到 TI 新一代應用 SoC 平臺上 BIOS MCSDK 使用 TI Code Composer StudioTM(CCS) 作為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)。在軟件更新方面，BIOS MCSDK 使用 Eclipse 的更新特性通過(guò) CCS 自動(dòng)發(fā)現并安裝新軟件。 軟件概覽 BIOS MCSDK 中的軟件組件（圖 5）可分為下列類(lèi)型： 器件專(zhuān)用軟件驅動(dòng)器 內核目標軟件 平臺專(zhuān)用軟件 演示與工具
▲圖 5. BIOS MCSDK 的軟件組件 器件專(zhuān)用軟件驅動(dòng)器：該軟件套件包含芯片支持庫、低級驅動(dòng)器、平臺庫以及傳輸協(xié)議。該套件中的軟件重在簡(jiǎn)化對諸如加速器等器件硬件的訪(fǎng)問(wèn)，并可作為應用開(kāi)發(fā)的最低層 API。 平臺專(zhuān)用軟件：本軟件提供與 TI 參考平臺配套使用的平臺專(zhuān)用功能的實(shí)施示例，其目的是用作客戶(hù)平臺開(kāi)發(fā)活動(dòng)示例。 平臺庫可使用通用 API 對平臺進(jìn)行抽象，簡(jiǎn)化各器件間的移植。它提供軟件實(shí)用程序來(lái)控制硬件部件（比如 EEPROM、FLASH、UART）并完成平臺／器件初始化。 平臺庫 API 由跨不同平臺的通用工具使用。這些工具包括 EEPROM 寫(xiě)入器、NAND/NOR 寫(xiě)入器以及上電自檢等。因此，要為新器件或新平臺添加這些工具，應隔離工作，以便添加專(zhuān)門(mén)用于該硬件的平臺庫。與其它組件一樣，該平臺庫具有單元測試應用，可在將模塊移植到新平臺時(shí)使用。 內核目標內容：該軟件集提供更高級功能，包括實(shí)時(shí)嵌入式操作系統、跨內核以及跨器件通信的處理器間通信、基本網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧及協(xié)議、經(jīng)優(yōu)化的專(zhuān)用算法庫以及儀表工具等。 一項重要多核使能技術(shù)包含處理器間的通信，其不但可跨越使用共享存儲器的內核及器件實(shí)現高效通信（內核間通信），而且還可跨越 SRIO 與 PCIe 等外設實(shí)現器件間的通信。處理器間的通信機制和 API 支持精細線(xiàn)程多核編程模型。此外，通用 IPC 接口還可簡(jiǎn)化跨內核和／或器件的應用處理節點(diǎn)工作， 滿(mǎn)足多核應用設計與優(yōu)化的需求。 第二項重要使能技術(shù)是儀表工具，其對用戶(hù)掌控應用執行狀況具有至關(guān)重要的意義，可分析并優(yōu)化性能。BIOS MCSDK 包含系統分析器工具，其可定義一系列 API，而 API 則能夠以可移植方法將儀器代碼插入軟件，以便在各種 TI 平臺中重復使用。某項應用的圖形化輸出示例如下（圖 6）
▲圖 6. BIOS MCSDK 的系統分析器工具 演示與工具：該軟件集覆蓋多種器件，提供構建于上述軟件的示例、演示以及工具。BIOS MCSDK 包含演示應用，旨在作為示例展示如何使用基礎軟件構建多核應用。當前版本中可供下載的演示包括用于展示 BIOS MCSDK 部分重要組件的創(chuàng )造性應用，以及用于顯示多核信號處理的影像處理應用。 各種工具包括通用引導加載程序、FLASH 及 EEPROM 寫(xiě)入器、評估板上電自檢、多核／多影像引導工具，以及從不同模式（比如 NAND/NOR、EMAC、SRIO）引導的簡(jiǎn)明示例等。 演示 創(chuàng )造性演示 BIOS MCSDK 的創(chuàng )造性演示是一種以 CCS 項目方式提供的高性能 DSP 實(shí)用程序應用 (HUA)。該演示可通過(guò)演示代碼及 Web 頁(yè)面向用戶(hù)演示如何將自己的 DSP 應用連接至各種不同的 BIOS MCSDK 軟件元素，其中包括 SYS/BIOS、網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)套件 (NDK)、芯片支持庫 (CSL) 以及平臺庫。 在執行時(shí)，HUA 可使用 Web 服務(wù)器讓用戶(hù)使用 PC 通過(guò)以太網(wǎng)連接至平臺。用戶(hù)使用 HUA 可執行各種功能，比如讀／寫(xiě)閃存、診斷或者提供統計及信息。該演示可通過(guò)演示代碼及 Web 頁(yè)面向用戶(hù)演示如何將自己的 DSP 應用連接至各種不同的 BIOS MCSDK 軟件元素，其中包括 SYS/BIOS、網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)套件 (NDK)、芯片支持庫 (CSL) 以及平臺庫（圖 7）。
▲圖 7. 高性能 DSP 實(shí)用程序應用 (HUA) 影像處理演示（圖 8）則展示了如何在 BIOS MCSDK 多核信號處理過(guò)程中集成主要組件。其采用了處理器間通信功能、經(jīng)優(yōu)化的影像庫、網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)套件以及系統分析器。后者用于采集和分析基準信息。
▲圖 8. BIOS MCSDK 的影像處理應用軟件框架 本演示經(jīng)配置可運行于器件所支持的任意數量的內核上�？蓪⒈狙菔緞澐譃榈谝粋�(gè)內核上的單個(gè)主系統任務(wù)和分配給所有內核的多個(gè)從系統任務(wù)。主系統任務(wù)負責對輸入數據進(jìn)行分組，并將工作分配給從系統任務(wù)，然后自從系統任務(wù)采集結果，并發(fā)送輸出數據。當前支持的算法有邊緣檢測，但經(jīng)擴展后可支持更多種算法。 總結 TI MCSDK 可為客戶(hù)提供一種適用于 Linux 和 SYS/BIOS 的高穩健集成型軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，其目標是使用基于 KeyStone 架構的高性能 DSP 實(shí)現快速開(kāi)發(fā)， 進(jìn)而加速上市進(jìn)程。 如欲了解有關(guān) MCSDK 的更多詳情，敬請訪(fǎng)問(wèn) www.ti.com/mcsdk ；也可訪(fǎng)問(wèn) www.ti.com/c66multicore ，查看有關(guān) KeyStone 架構以及 C66x 系列高性能多核 DSP 的詳細介紹。 |
