達(dá)芬奇數(shù)字媒體片上系統(tǒng)的架構(gòu)和Linux啟動(dòng)過程

達(dá)芬奇（DaVinci）數(shù)字媒體技術(shù)平臺(tái)TMS320DM6446/3采用了ARM+DSP雙核的架構(gòu)，本文從芯片的硬件結(jié)構(gòu)入手介紹達(dá)芬奇DMSoC硬件部分及Linux OS的啟動(dòng)過程。

達(dá)芬奇DMSoC硬件概述

如圖1所示，達(dá)芬奇數(shù)字媒體片上系統(tǒng)（DMSoC）提供：兩個(gè)內(nèi)核（ARM+DSP）；視頻處理子系統(tǒng)（VPSS）；多種Boot模式（NOR Flash/NAND Flash/UART0 Boot Mode）；兩個(gè)電源域；多個(gè)時(shí)鐘樹；多個(gè)引腳獨(dú)立或復(fù)用的外設(shè)。

圖1 DM6446功能結(jié)構(gòu)框圖。

> ARM-DSP集成

對(duì)于雙核的達(dá)芬奇架構(gòu)，大家最關(guān)心的就是兩個(gè)核之間的資源分配、通信方式及如何高效地實(shí)現(xiàn)資源共享各盡其能。ARM獨(dú)享（DSP不可用）的外設(shè)有： UART0/1/2，I2C，看門狗定時(shí)器，PWM0/1/2，ARM中斷控制器，USB2.0，ATA/CF，SPI，GPIO，VPSS， EMAC/MDIO，EMIFA CONTROL，VLYNQ，MMC/SD。DSP獨(dú)享（ARM不可用）的外設(shè)有：DSP中斷控制器，VICP。ARM和DSP共享的外設(shè)有：EDMA， Timer0/1，Power & Sleep Controller，ASP和EMIFA Data。

圖2 ARM-DSP集成結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，可以很清楚地看到ARM可以訪問DSP片內(nèi)存儲(chǔ)器（L2RAM和L1P/D）；DSP可以訪問ARM片內(nèi)存儲(chǔ)器；ARM和DSP共享 DDR2和 AEMIF。因此，通常情況下ARM只需傳遞需要處理的數(shù)據(jù)地址指針給DSP，而無須大塊的數(shù)據(jù)搬移。ARM和DSP之間的通信可以通過相互中斷實(shí)現(xiàn)。 ARM可以中斷DSP（通過4個(gè)通用中斷和1個(gè)不可屏蔽中斷）；DSP可以通過2個(gè)通用中斷來中斷ARM。ARM控制DSP的電源、時(shí)鐘、復(fù)位和引導(dǎo)。

> DMSoC存儲(chǔ)器映射

達(dá)芬奇DMSoC多個(gè)片上存儲(chǔ)器和兩個(gè)處理器及不同的子系統(tǒng)相關(guān)。為了簡(jiǎn)化軟件開發(fā)，DMSoC中所有的存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，如表1所示。

表1 DMSoC存儲(chǔ)器的映射地址。

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DMSoC交換中心資源

以上大家看到DMSoC有非常豐富的外設(shè)和視頻處理硬件資源，而且ARM和 DSP又共享DDR2等存儲(chǔ)器資源，那么DMSoC又是如何確保ARM、DSP和VPSS同時(shí)訪問外設(shè)或存儲(chǔ)器資源時(shí)不會(huì)引起沖突呢？DMSoC中的交換中心資源（SCR：Switched Central Resource）會(huì)做出管理。如圖3所示，把任何一個(gè)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑捶Q為Master（每一個(gè)Master有一個(gè)專用的ID），這個(gè)Master要訪問的目的地稱為Slave，這樣在Master和Slave之間就構(gòu)成一條數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?。從圖3中可以看到，在SCR中可以有很多并行的Master到 Slave的數(shù)據(jù)通路。如果是不同的Master、相同的Slave，那么可以通過設(shè)置每一個(gè)Master的優(yōu)先級(jí)來得到特殊應(yīng)用系統(tǒng)的最佳性能。對(duì)于大多數(shù)的Master，可以通過寄存器MSTPRI0和MSTPRI1來設(shè)置它們的優(yōu)先級(jí)。如果Master是C64x+、VPSS和EDMA，可以通過它們自己的相關(guān)寄存器控制它們自己的優(yōu)先級(jí)，這樣可以更加靈活、快速的實(shí)現(xiàn)高的視頻數(shù)據(jù)吞吐帶寬。詳細(xì)信息可以參考DM6446的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

圖3 DMSoC交換中心資源的結(jié)構(gòu)框圖。

電源域及復(fù)位

達(dá)芬奇DMSoC有兩個(gè)電源域，分別是Always On域和DSP域。Always On域由CVDD ARM核電源供電，給ARM、總線、SCR和除VICP之外的所有外設(shè)提供電源；DSP電源域由CVDDDSP DSP核電源供電，給DSP和VICP提供電源。

雙核架構(gòu)的達(dá)芬奇DMSoC的功耗也非常有競(jìng)爭(zhēng)力，這一方面取決于芯片本身的工藝，另一方面也取決于芯片內(nèi)部時(shí)鐘和電源的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，達(dá)芬奇 DMSoC有電源休眠控制器（Power & Sleep Controller）管理芯片電源的開關(guān)及復(fù)位?？梢杂密浖刂艱SP電源域，控制DSP及其模塊時(shí)鐘的開關(guān)和復(fù)位。PSC不支持ARM及其模塊的斷電控制、ARM的本地復(fù)位和ARM的時(shí)鐘關(guān)斷控制。同時(shí)PSC可以中斷ARM和DSP，支持IcePick仿真（emulation）特性。

圖4 DM6446的電源休眠控制器。

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關(guān)于達(dá)芬奇DMSoC的復(fù)位類型、觸發(fā)源及對(duì)應(yīng)的復(fù)位對(duì)象請(qǐng)參考表2。

表2 DMSoC的復(fù)位類型。

達(dá)芬奇DMSoC初始化流程

> 達(dá)芬奇DMSoC復(fù)位狀態(tài)

DM644x 上電復(fù)位后，芯片的絕大部分模塊都處于不工作狀態(tài)。鎖相環(huán)PLL處于旁路（Bypass）模式；DSP子系統(tǒng)的狀態(tài)取決于DSP_BT引腳；UART1和 UART2也處于不工作狀態(tài)，UART0的狀態(tài)取決于BTSEL引腳（如果BTSEL=11，UART0工作）；EMIFA處于工作狀態(tài)，其數(shù)據(jù)總線寬度由EM_WIDTH決定，地址總線寬度由AEAW決定；芯片的大部分引腳都被配置為GPIO引腳。引腳復(fù)用通過寄存器PINMUX0和PINMUX1控制。

> 達(dá)芬奇DMSoC初始化順序

（1）DMSoC復(fù)位。芯片的配置由PSC決定，取決于BTSEL[0-3]、EM_WIDTH、AEWA和DSP_BT的狀態(tài)。

（2）ROM boot loader（如果被選）。NAND或者UART0的初始化。

（3）引導(dǎo)加載（Boot-loading）。以U-boot為例，①使能電源域：DDR2和DSP；②設(shè)置時(shí)鐘頻率（ARM、DSP和DDR2時(shí)鐘的乘除系數(shù)）；③設(shè)置引腳復(fù)用控制器；④設(shè)置ARM引導(dǎo)啟動(dòng)操作系統(tǒng)。

（4）操作系統(tǒng)啟動(dòng)。以Linux為例，①初始化ARM；②初始化硬件系統(tǒng)；③初始化Linux環(huán)境。

> U-boot初始化順序

通常情況下，ARM Linux要求boot loader中有少許的初始化。目前TI的DVEVM使用的是U-boot-1.1.3。U-boot代碼中首先運(yùn)行的是u- boot/cpu/arm926ejs/start.S，芯片和一些DVEVM板的硬件配置主要在u- boot/board/davinci/platform.S和davinci.c中完成。其中u- boot/board/davinci/platform.S設(shè)置最基本的系統(tǒng)硬件環(huán)境，包括系統(tǒng)PLL及DDR2的初始化、PSC的配置及使能 UART0、AEMIF等硬件模塊。有些工程師設(shè)計(jì)的達(dá)芬奇板可能用到了和DVEVM不同的Flash，那么就要根據(jù)用到的Flash參數(shù)修改u- boot/board/davinci/flash.c。另外，關(guān)于DM644x支持的NAND Flash ID，請(qǐng)參考TMS320DM644x DMSoC的相關(guān)文檔。

以NOR Flash boot為例，DVEVM u-boot初始化下列的達(dá)芬奇DMSoC內(nèi)容：

（1）關(guān)中斷和MMU。

（2）使能DSP電源域（PTCMD），把DSP置為復(fù)位狀態(tài)。

（3）初始化PLL，使能DDR2，軟復(fù)位DDR2并且重新使能DDR2，使其脫離復(fù)位狀態(tài)。

（4）初始化系統(tǒng)PLL。

（5）配置AEMIF引腳為NOR Flash接口。

（6）VTP校準(zhǔn)。

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完成以上步驟之后，U-boot準(zhǔn)備引導(dǎo)ARM Linux。

（1）配置系統(tǒng)的內(nèi)存（通過ATAG_ MEM塊和mem=）NAND Flash和DDR2。

（2）通過TFTP加載等加載方式，加載內(nèi)核到指定的存儲(chǔ)地址。

（3）如果定義過，加載RAM Disk。

（4）初始化傳遞到內(nèi)核的引導(dǎo)參數(shù)（EMAC地址，串口，控制臺(tái)，視頻格式等）

（5）獲得ARM Linux機(jī)類型值（DVEVM為＃901）。

（6）設(shè)置kernel tagged list。

（7）用初始值設(shè)置ARM的寄存器。

（8）調(diào)用內(nèi)核。

> Linux 初始化步驟

（1）Linux內(nèi)核需要從引導(dǎo)加載程序（U-boot）中得到以下參數(shù)。

* 已經(jīng)初始化的memory系統(tǒng)。

* R0＝0；R1為ARM Linux機(jī)類型值。

* R2指向ATAG結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容：①物理memory區(qū)；②是否使用RAM DISK及其壓縮版的地址；③視頻驅(qū)動(dòng)程序具體的初始化參數(shù)；④內(nèi)核命令行；⑤其他參數(shù)（串口和版本號(hào)）。

更多關(guān)于Linux內(nèi)核引導(dǎo)參數(shù)的信息可以參考Linux/Documentation/kernel-parameters.txt。如果要想傳遞給內(nèi)核更多的參數(shù)，再u-boot中的bootargs中設(shè)置就可以了。

（2）對(duì)于壓縮的內(nèi)核（aka uImage），Linux 最初啟動(dòng)Linux/arch/kernel/head.s。

（3）start_kernel（）運(yùn)行。位于Linux/init/main.c。

（4）Linux的第一個(gè)進(jìn)程init（）運(yùn)行。

總結(jié)

經(jīng)過上面介紹，很多DSP工程師可能會(huì)對(duì)達(dá)芬奇DMSoC及Linux啟動(dòng)流程有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，雙核架構(gòu)的達(dá)芬奇DMSoC帶給我們的是一加一大于二的性價(jià)比，要想了解更多的細(xì)節(jié)，請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)和應(yīng)用文檔。