嵌入式Linux下的AU1200MAE驅(qū)動程序設計

隨著移動多媒體終端的口益普及，功能的日益強大，人們已經(jīng)不滿足于自己的手持終端僅僅能夠聽MP3音樂，而是希望終端在播放音樂的同時能夠播放高質(zhì)量視頻，并支持多種視頻格式。AU 1200作為一款基于MIPS架構(gòu)的處理器，由于其片上集成了視頻硬件設備(Media Accel-eration Engine，MAE)，使得該處理器無需配合其他視頻解碼芯片即可完成多種格式的視頻解碼功能，所以AU 1200非常適合應用于像PMP這樣的移動多媒體終端，而MAE也成為AU 1200的特色。

　　1 MAE概述

　　MAE是AU 1200的片上硬件設備，除了可以實現(xiàn)視頻解碼功能外，還可以完成色彩空間轉(zhuǎn)換、濾波等工作。MAE在硬件結(jié)構(gòu)上可以分為前端和后端兩部分，各自完成一些特定的功能。MAE前端主要完成視頻的實時解碼，包括反量化、IDCT、運動補償?shù)?；而后端主要完成圖像的濾波、色彩空間轉(zhuǎn)換等。除此之外，MAE還可以通過AU 1200片上外設CIM(Camera InteRFaceModule)處理從攝像頭獲取的數(shù)據(jù)。MAE使AU 1200的MIPS32核不用再因為視頻的實時解碼而產(chǎn)生大量的開銷。從而使其能夠?qū)Ｗ⒂谕瓿山涌?、音頻處理等其他任務，這樣一來大大提高了系統(tǒng)的工作效率。MAE支持的視頻Codec格式包括：MPEG-2 Main Profile@Main Level，MPEG- Advanced Simple Profile @ Level 5，WMV 9 Media Profile @ Medium Level，最高支持D1 30 f／s的實時解碼。

　　2 開發(fā)環(huán)境的建立

　　硬件開發(fā)板采用華恒科技的HHAU 1200，該板提供豐富的接口，并已將Bootloader固化在板上的FLASH當中，通過燒寫工具可對其軟件系統(tǒng)進行更新升級。只要建立交叉編譯環(huán)境便可在HHAU 1200上開發(fā)硬件設備驅(qū)動程序和應用程序。

　　2．1 宿主機開發(fā)環(huán)境的建立

　　宿主機(PC)通過串口線連接至開發(fā)板的串口1，同時通過交叉網(wǎng)線連接至開發(fā)板的網(wǎng)口。宿主機安裝Red Hat Linux操作系統(tǒng)，所安裝的版本是EnterpriseLinux AS4，建議采用完全安裝。由于HHAU 1200開發(fā)板在燒寫時默認的IP為192．168．2．222，所以PC機的IP也要設置在該網(wǎng)段。在Linux PC下配置好NFS(為交叉開發(fā)時Mount所用)、TFTP服務器(為下載燒寫所用)和Minicom。以上幾項配置好后啟動Minicom，當開發(fā)板上電后便可看到啟動信息。

　　在PC的Linux終端提示符下鍵入mount-onolock 192．168．2．222：／／mnt，即把AU 1200開發(fā)板根目錄下的所有文件和目錄Mount到宿主機Linux下的mnt目錄，在Linux終端提示符下可通過ls命令查看。

　　2．2 交叉編譯工具鏈的建立

　　按照以下步驟：

　　(1)下載交叉編譯工具軟件包mipsel-linux-gcc-sdk-3．4．4-i386．tar．gz，解包至／opt路徑下；

　　(2)添加交叉編譯工具環(huán)境變量：修改／etc／profile文件，在文件末尾添加export PATH=$PATH：／opt／mipsel-linux-gcc-sdk-3．4．4／cross／bin；

　　(3)使新的環(huán)境變量生效：#source／etc／profile；

　　(4)檢查是否將路徑加入PATH：#echo$PATH，若顯示的內(nèi)容中有上述路徑，說明已經(jīng)將交叉編譯工具的路徑加入PATH；

　　(5)用hello．c進行交叉編譯測試：編譯出的可執(zhí)行文件用file命令查看其屬性可得到如圖1所示信息。

　　這說明交叉編譯工具可以正常使用，編譯出的可執(zhí)行文件可以在MIPS處理器上直接運行。

　　3．MAE前端驅(qū)動軟件設計及測試

　　3．1 驅(qū)動軟件設計

　　MAE可分為前端和后端，前端的主要功能是完成多種視頻格式的實時解碼，其方框圖如圖2所示。

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　　MAE前端的輸入數(shù)據(jù)是一系列的數(shù)據(jù)宏塊，宏塊數(shù)據(jù)以及頭信息、系數(shù)矩陣、運動向量等都以DMA的方式傳送給MAE。所以在程序中首先要定義指針maefe_dmadscr[PTR]來描述DMA。并把maefe_dreadbell[DB]寄存器設置為1來啟動DMA控制器。頭信息一共包含4個word，每個word有32 b，這4個word分別保存到AU 1200寄存器mae_hdr0到mae_hdr3中，這些word包含了關于編碼宏塊的信息，如量化參數(shù)，運動補償參數(shù)，變換運算等信息。

　　驅(qū)動程序首先要把每一幀的地址寫入MAE的相關寄存器中，在每處理一幀后，上述宏塊信息都要及時更新。MAE的前端對宏塊數(shù)據(jù)進行反量化，其結(jié)果輸入至逆變換單元進行逆變換運算。逆變換運算單元通過查看maefe_config寄存器的COD標志位來決定采用哪種標準的視頻Cod-ec，從而執(zhí)行相應的運算。逆變換運算完成后，數(shù)據(jù)送入運動補償單元。運動補償單元根據(jù)運動向量計算出參考像素值，并把它們插入當前幀中，從而完成一次解碼。以上過程通過編寫函數(shù)fe_process_mb來實現(xiàn)，該函數(shù)的幾個參數(shù)分別是：

　　mae_fe_cfg：MAE前端的配置信息；mb_in：輸入的宏塊數(shù)據(jù)；cur_y_frame：當前幀Y分量；cur_cb_frame：當前幀Cb分量；cur_cr_fr-ame：當前幀Cr分量；mb_num：表示宏塊數(shù)據(jù)的序號。該函數(shù)的流程圖如圖3所示。

　　函數(shù)中的關鍵部分及說明注釋如下所示：

　　3．2 驅(qū)動軟件測試

　　將以上程序交叉編譯，生成mae-driver．ko，動態(tài)加載到Linux內(nèi)核：#insmod - f mae-driver．ko。用MAIplayer驗證是否可以正常工作：啟動minicom，進入MAIplayer所在路徑，該路徑下有編譯好的播放器應用程序及各種視頻解碼庫。執(zhí)行視頻文件播放命令MYM．／maipl-ayer auto-a-l jolin．mpg。播放效果如圖4所示。經(jīng)測試，MAIplayer可正常播放多媒體視頻，說明MAE已被驅(qū)動起來完成視頻解碼工作。

　　4 結(jié)語

　　本文給出了AU 1200 MAE驅(qū)動程序開發(fā)的流程，包括開發(fā)環(huán)境的搭建及驅(qū)動程序的編寫。MAE作為AU 1200片上專用于圖像、視頻的外部設備，相當于一個視頻協(xié)處理器。它的使用大大提高了MIPS核的工作效率，而以AU 1200為核心的多媒體終端具有更低的成本，因此。其市場前景將更加廣闊。