利用TriMedia注冊(cè)表和成員管理器實(shí)現(xiàn)BSP
板級(jí)支持包(BSP)屬于嵌入式系統(tǒng)的一部分，它是運(yùn)行于微處理器上的軟件和外圍元件(芯片)接口的軟件層。一個(gè)完整的BSP需要用到TriMedia注冊(cè)表和成員管理器。
本文針對(duì)以PNXl300為核心CPU的嵌入式系統(tǒng)，利用TriMedia注冊(cè)表和TriMedia成員管理器，實(shí)現(xiàn)了一種BSP函數(shù)組織及其和上層應(yīng)用程序通信的方法。在此基礎(chǔ)上，搭建起一個(gè)基于MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)視頻編碼系統(tǒng)。
1 原理和方法
在TriMedia的軟件結(jié)構(gòu)中，板級(jí)支持包是和硬件接口的最底層軟件層，它提供TriMeclia DSP和外圍元件之間的連接函數(shù)。BSP通過(guò)I2C總線對(duì)外圍芯片的各個(gè)寄存器進(jìn)行控制。它一方面完成外圍芯片的初始化，另一方面，在需要時(shí)改變各芯片的內(nèi)部設(shè)置，從而使硬件按用戶(hù)的要求工作于不同的狀態(tài)。
使用BSP最大的好處是：把上層應(yīng)用程序和底層硬件分開(kāi)，保證了開(kāi)發(fā)不受主處理器及外圍硬件更新的影響，只需對(duì)BSP中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序做簡(jiǎn)單的改動(dòng)，便可使其適合于更新的硬件。
Trimedia的軟件結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)重要的庫(kù)：注冊(cè)表(Registry)和成員管理器(Component Manager)。應(yīng)用這兩個(gè)庫(kù)，可以為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備庫(kù)建立板級(jí)支持包(BSP)。
1.1 TriMedia注冊(cè)表
Trimedia注冊(cè)表為系統(tǒng)提供了存儲(chǔ)和檢索信息的一般方法，它使得上層設(shè)備庫(kù)可以找到特定板子的信息。注冊(cè)表是一個(gè)分層結(jié)構(gòu)的樹(shù)，它由目錄和數(shù)據(jù)箱組成。這些目錄和數(shù)據(jù)箱都被視為入口。入口可以是字符串、整數(shù)值或者任何用戶(hù)數(shù)據(jù)。
注冊(cè)表用一個(gè)字符串形式的“關(guān)鍵字”來(lái)存儲(chǔ)和檢索信息。
1.2 TriMedia成員管理器
TriMedia成員管理器為系統(tǒng)提供一個(gè)依賴(lài)于硬件平臺(tái)將信息寫(xiě)入注冊(cè)表的方法?？梢园岩欢涡枰谥骱瘮?shù)之前運(yùn)行的軟件叫做一個(gè)成員，這樣定義的成員包括板、芯片、Flash內(nèi)存等。一個(gè)成員可以被看作一個(gè)黑匣子，也許它的運(yùn)行需要其他一些成員在它之前先運(yùn)行，那么這些在它之前先運(yùn)行的成員就被視為該成員的輸入。一個(gè)成員也許會(huì)輸出一些它自己的屬性，而這些屬性被視為該成員的輸出。這些輸入和輸出都被視為符號(hào)并存儲(chǔ)在注冊(cè)表中。
成員管理器依據(jù)成員列表、相應(yīng)的輸入和輸出，建立一個(gè)依賴(lài)關(guān)系樹(shù)，然后它根據(jù)該依賴(lài)關(guān)系樹(shù)一個(gè)接著一個(gè)地運(yùn)行各個(gè)成員。成員管理器可以保證在其他依賴(lài)于本成員的成員運(yùn)行前，先恰當(dāng)?shù)某跏蓟摮蓡T。簡(jiǎn)單說(shuō)，TriMedia成員管理器提供了一種控制系統(tǒng)初始化順序的機(jī)制。
本文中，將板級(jí)支持包作為一個(gè)成員來(lái)寫(xiě)入注冊(cè)表。BSP是第一個(gè)要運(yùn)行的成員，所以它不需要任何的輸入，但是很多成員都依賴(lài)于它，因此板支持包有一個(gè)輸出符號(hào)叫做“bsp/toardID”。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
在本文中，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用了層型軟件結(jié)構(gòu)，應(yīng)用程序并不是直接通過(guò)調(diào)用BSP中的函數(shù)來(lái)對(duì)硬件進(jìn)行操作，而是通過(guò)調(diào)用若干設(shè)備庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)底層硬件的操作。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。這樣組織系統(tǒng)軟件框架的好處是：使得應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，易于程序調(diào)試；當(dāng)?shù)讓佑布枰膭?dòng)時(shí)，應(yīng)用程序幾乎不用做修改，只需要修改相應(yīng)的BSP函數(shù)以適應(yīng)新的硬件。
本文采用TriMedia的注冊(cè)表和成員管理機(jī)制來(lái)對(duì)BSP函數(shù)進(jìn)行注冊(cè)和管理，上層的Tri-Media設(shè)備庫(kù)函數(shù)，通過(guò)檢索注冊(cè)表來(lái)調(diào)用某個(gè)芯片的若干底層BSP函數(shù)完成特定的功能。這就實(shí)現(xiàn)了BSP和上層設(shè)備庫(kù)的通信。
BSP的實(shí)現(xiàn)方法如下所述。
①對(duì)每一個(gè)芯片定義一個(gè)函數(shù)指針表和功能結(jié)構(gòu)體。在這個(gè)定義的結(jié)構(gòu)體中，包括了對(duì)該芯片的初始化、配置、結(jié)束等操作的各個(gè)函數(shù)指針。例如，對(duì)視頻輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量Board_vi，在這個(gè)結(jié)構(gòu)體中，包括了Board_vi_Init、Board_vi_Term、Board_vi_config等函數(shù)指針，還有為實(shí)現(xiàn)不同功能而對(duì)該芯片寄存器設(shè)置的函數(shù)指針，以及讀取狀態(tài)寄存器內(nèi)容的函數(shù)指針，用于對(duì)該芯片進(jìn)行全面的操作。
②將BSP作為一個(gè)成員由成員管理器初始化。本文中，將BSP作為一個(gè)成員由TriMedia成員管理器控制，為了讓成員管理器找到對(duì)當(dāng)前板子的支持包，必須在編寫(xiě)B(tài)SP時(shí)候，用到這樣一個(gè)由TriMedia提供的宏：TSA_COMP_DEF_()_COMPONENT(myBoard，TSA_COMP_BUILD_ARG_LIST_1("bsp/boardlD”)，Board_actlvate)。這個(gè)宏可以把一個(gè)成員的輸出符號(hào)導(dǎo)出，這樣成員管理器就可以把BSP作為一個(gè)成員而找到。在這個(gè)宏中，第一個(gè)參數(shù)指的是將要被定義的成員的名字，第二個(gè)參數(shù)告訴成員管理器，輸出的符號(hào)叫做bsp/boardID，第三個(gè)參數(shù)是板激活函數(shù)，成員管理器通過(guò)調(diào)用這個(gè)函數(shù)初始化該成員，并注冊(cè)所有BSP中支持的函數(shù)。
③編寫(xiě)板激活函數(shù)。板激活函數(shù)首先檢測(cè)當(dāng)前BSP是否匹配當(dāng)前板子，這就要通過(guò)I2C總線讀取啟動(dòng)EEPROM，這部分代碼主要用iicReadReg API函數(shù)來(lái)編寫(xiě)．從而讀出并比較boardlD，以判斷是否匹配。如果匹配則啟用當(dāng)前BSP，對(duì)BSP中所有支持的外設(shè)進(jìn)行注冊(cè)。倒如對(duì)上文所提到的視頻輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片功能的注冊(cè)就通過(guò)tsaBoardRegisterVI(0，&Board_vi)API函數(shù)來(lái)完成，這里只是將結(jié)構(gòu)體變量的指針在注冊(cè)表中進(jìn)行了拷貝，并不是結(jié)構(gòu)體自身的內(nèi)容。上層的TriMedia設(shè)備庫(kù)函數(shù)中有同樣類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體變量指針，設(shè)備庫(kù)函數(shù)通過(guò)在注冊(cè)表中檢索該結(jié)構(gòu)體變量的地址，將檢索到的地址再賦給設(shè)備庫(kù)函數(shù)中定義的結(jié)構(gòu)體變量，從而實(shí)現(xiàn)了BSP和上層設(shè)備庫(kù)的通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用設(shè)備庫(kù)函數(shù)來(lái)完成對(duì)底層硬件的操作。圖2給出了系統(tǒng)的函數(shù)調(diào)用流程圖。
利用上述原理和方法，設(shè)計(jì)搭建了一個(gè)基于MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)視頻編碼系統(tǒng)，圖3是網(wǎng)絡(luò)視頻編碼系統(tǒng)原理框圖。將采集的視頻信號(hào)進(jìn)行MPEG_-編碼，系統(tǒng)可以將碼流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)端，也可以將輸入視頻在本地監(jiān)視器上顯示。主芯片采用的是TriMedia系列芯片PNxl.300，視頻輸入A/D轉(zhuǎn)換器采用PhiIilps公司的SAA7114，視頻輸出D/A轉(zhuǎn)換芯片采用Phllips．公司的SAA7121。
工作過(guò)程是：經(jīng)攝像機(jī)采集的一路模擬視頻輸入后，由視頻解碼芯片SAA7114轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)并送入PNXl300的VI(Video In)單元，VI單元將視頻數(shù)據(jù)分成YUV4:2:2格式分別存儲(chǔ)在SDRAM中。PNXl300對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行MPEG-4編碼后，選擇網(wǎng)絡(luò)發(fā)送或者本地顯示。在該視頻編碼系統(tǒng)中，使用了上文提到的方法編寫(xiě)B(tài)SP。例如對(duì)視頻解碼芯片SAA7114，為其建立函數(shù)指針和功能結(jié)構(gòu)體，使用注冊(cè)表機(jī)制對(duì)其功能進(jìn)行注冊(cè)，并將整個(gè)BSP作為一個(gè)成員來(lái)由成員管理器初始化，應(yīng)用程序只需要調(diào)用少數(shù)TrlMedia視頻設(shè)備庫(kù)函數(shù)，就可以對(duì)該芯片進(jìn)行打開(kāi)、采集、中斷、關(guān)閉等操作。經(jīng)測(cè)試，該方法可以有效的組織對(duì)各外設(shè)操作的各個(gè)函數(shù)，并為上層軟件提供接口，有利于應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，使得應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)更加清晰。
結(jié)語(yǔ)
板級(jí)支持包BSP在嵌入式系統(tǒng)中的作用是必不可少的，它作為上層軟件和底層硬件之間的接口軟件層，是需要特別給予重視的。本文提到的編寫(xiě)和組織BSP函數(shù)的方法，是針對(duì)TriMedia軟件結(jié)構(gòu)和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境而給出的，其注冊(cè)表和成員管理器機(jī)制為BSP的編寫(xiě)提供了極大的方便，使得BSP結(jié)構(gòu)清晰，整個(gè)軟件框架層次分明。本文給出組織BSP的方法也具有一般性，對(duì)于其他嵌入式系統(tǒng)采用類(lèi)似的思路來(lái)組織應(yīng)用程序、庫(kù)函數(shù)和板級(jí)支持包并處理其間的相互通信，也會(huì)取得很好的效果。
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