嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)。早期的嵌入式系統(tǒng)硬件核心是各種類型的8位和16位單片機(jī);而近年來32位處理器以其高性能、低價(jià)格,得到了廣泛的應(yīng)用。近年來,又出現(xiàn)了另一類數(shù)據(jù)密集處理型芯片DSP。DSP由于其特殊的結(jié)構(gòu)、專門的硬件乘法器和特殊的指令,使其能快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理及滿足各種高實(shí)時(shí)性要求。隨著現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜度越來越高,操作系統(tǒng)已成為嵌入式系統(tǒng)不可缺少的部分。免費(fèi)的嵌入式操作系統(tǒng),如 Linux等,隨著自身不斷的改善,得到了飛速的發(fā)展。Linux是一個(gè)免費(fèi)的、強(qiáng)大的、可信賴的、具有可伸縮性與擴(kuò)充性的操作系統(tǒng)。Linux實(shí)現(xiàn)了許多現(xiàn)代化操作系統(tǒng)的理論,并且支持完整的硬件驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與多處理器的架構(gòu),其源碼的公開更有利于操作系統(tǒng)嵌入式應(yīng)用。

基于上述分析,筆者開發(fā)了基于ARM和DSP芯片的雙核嵌入式系統(tǒng)。系統(tǒng)充分利用了ARM和DSP的各自特點(diǎn),既可以使用ARM和DSP芯片進(jìn)行協(xié)同開發(fā),也可以利用ARM或DSP進(jìn)行獨(dú)立開發(fā)。操作系統(tǒng)選用了Linux,以利于充分發(fā)揮系統(tǒng)的效能。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

由于ARM芯片的控制性能較強(qiáng),在嵌入式系統(tǒng)中ARM主要用于控制和少量的數(shù)據(jù)處理。這樣,一方面要求CPU要低功耗和有足夠的時(shí)鐘頻率來運(yùn)行操作系統(tǒng),以滿足便攜式的要求;另一方面也要求其有足夠種類的接口,以利于性能的擴(kuò)展?；谝陨峡紤],在開發(fā)平臺(tái)中選用HY7202作為CPU。

DSP作為數(shù)據(jù)運(yùn)算部分,可以充分發(fā)揮其對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的獨(dú)特優(yōu)勢。TI公司的C54xx系列16位定點(diǎn)DSP以其高性價(jià)比普遍應(yīng)用于各類通信、便攜式應(yīng)用當(dāng)中。考慮到對(duì)數(shù)字視頻和數(shù)字圖像等大數(shù)據(jù)吞吐量應(yīng)用場合的處理要求,選用TI公司的TMS320C5416芯片。其時(shí)鐘頻率最高可達(dá)到 206 MHz,系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

系統(tǒng)軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示,軟件平臺(tái)分ARM部分和DSP部分,以及ARM和DSP的接口軟件設(shè)計(jì)部分。ARM部分以Hynix公司PATCH的ARM Linux Version 2.4.18為操作系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)之上移植Linux標(biāo)準(zhǔn)庫GLIBC、LIBJPG、LIBPNG、IMLIB、LIBWWW、LIBFLASH及漢字庫。圖形界面以Microwindows 0.9及其控件庫FLNX提供嵌入式圖形界面平臺(tái)。系統(tǒng)平臺(tái)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能,通過平臺(tái)WEBSERVER、FTP、TELNET、INETD等網(wǎng)絡(luò)工具和應(yīng)用程序能方便地開發(fā)基于Internet的網(wǎng)絡(luò)終端、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品。在應(yīng)用程序?qū)由?系統(tǒng)平臺(tái)集成窗口管理程序, 全中文化網(wǎng)絡(luò)瀏覽器(支持HTML、XML),Flash播放器(支持Flash4、Flash5、Flash6),文本編輯器,游戲等用于PDA開發(fā), 機(jī)頂盒上網(wǎng)解決方案,以及可用于嵌入式數(shù)據(jù)采集、處理的虛擬示波器等。

DSP部分通過提供完整的HPI驅(qū)動(dòng)程序(DSP部分)及通信協(xié)議,通過增加相應(yīng)數(shù)據(jù)處理程控制算法程序,利用HPI并行接口與主機(jī)ARM通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,可用于各種實(shí)時(shí)處理,控制領(lǐng)域。

此外,DSP和ARM可以各自作為獨(dú)立的系統(tǒng)使用,它們均有完整的子系統(tǒng)軟件。子系統(tǒng)之間聯(lián)系的核心是DSP器件本身帶有的HPI接口。

2 ARM和DSP的通信接口設(shè)計(jì)

（1） DSP的HPI口介紹

HPI是TMS320C54X等芯片提供的一種并行端口,專門用于DSP和外部主機(jī)并行通信。HPI接口有標(biāo)準(zhǔn)HPI接口和增強(qiáng)型HPI接口。對(duì)于C5416和C5420DSP器件,它們的主機(jī)接口為增強(qiáng)型主機(jī)接口。標(biāo)準(zhǔn)HPI接口是一個(gè)8位總線接口,通過2個(gè)8位字節(jié)組合在一起形成1個(gè)16 字。增強(qiáng)型HPI接口分8位和16位兩種。8位增強(qiáng)型主機(jī)接口和標(biāo)準(zhǔn)HPI接口操作時(shí)序一樣,主要區(qū)別在于標(biāo)準(zhǔn)型只能訪問2 KB專用RAM,而增強(qiáng)型可以訪問DSP的整個(gè)RAM區(qū)。16位增強(qiáng)型HPI接口采用16位總線,只要一個(gè)主機(jī)操作就能完成訪問操作。

（2） HPI硬件連線

HMS30C7202與TMS320C5416接口電路如圖3所示。系統(tǒng)將HPI接口所有控制寄存器、地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器統(tǒng)一編址,映射到HMS30C7202物理地址0X0C000000開始的I/O內(nèi)存空間。

利用地址線RA[3:0]產(chǎn)生HPI訪問所需的控制信號(hào)。A0與A1決定訪問寄存器類型。A2決定訪問的是第一個(gè)字節(jié)還是第二個(gè)字節(jié)：A2＝0 時(shí),表示寫入的數(shù)據(jù)為第一個(gè)字節(jié);A2＝1時(shí),表示寫入的數(shù)據(jù)為第二個(gè)字節(jié)。在HPI－8中所有地址線和控制線是在HDS1和HDS2的下降沿采樣,而不是由HR/W決定,因此HR/W通過地址線A3表示當(dāng)前操作是讀還是寫,而數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)由nRCS3和nRW0相與后共同產(chǎn)生。KSCAN[2]設(shè)置為 HMS30C7202的PORTA中斷輸入腳,DSP通過中斷方式與Linux底層HPI驅(qū)動(dòng)程序通信。

3 ARM和DSP的通信接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)