| 以文本方式查看主題 - 曙海教育集團論壇 (http://www.022-oo.cn/bbs/index.asp) -- DSP6000系統(tǒng)開發(fā) (http://www.022-oo.cn/bbs/list.asp?boardid=29) ---- 技術(shù)|算法標準實現(xiàn)高效 DSP 系統(tǒng)開發(fā) (http://www.022-oo.cn/bbs/dispbbs.asp?boardid=29&id=1613) |
| -- 作者：wangxinxin -- 發(fā)布時間：2010-11-22 13:24:51 -- 技術(shù)|算法標準實現(xiàn)高效 DSP 系統(tǒng)開發(fā) 隨著數(shù)字信號處理器 (DSP) 的應用范圍不斷擴大，對面向組件的軟件模塊的需求不斷增長。第三方提供的現(xiàn)成算法在基本層面上能夠響應上述需求。第三方算法使系統(tǒng)開放商不必再費力重新設(shè)計主要的軟件功能，從而能夠更快、更廉價地將系統(tǒng)與更多功能集成。因此，第三方算法在 DSP 系統(tǒng)開發(fā)中發(fā)揮著非常重要的作用。 為了使組件軟件方法順利工作，必須具備保證組件代碼互用性、一致性和便攜性的標準。DSP廠商認識到了上述需求，建立了管理不同算法與應用之間接口的算法標準。上述標準不是為了保證高效實施。針對代碼大小、特性及性能而選擇最佳算法的工作是由系統(tǒng)集成商進行的。而標準所作的，則是提供確保算法之間相互協(xié)作的一套規(guī)則，使他們更輕松地進行評估，然后在系統(tǒng)環(huán)境中進行集成。 算法標準的起源 20世紀90年代中期，算法標準的需求逐漸顯現(xiàn)出來，此時更為強大的 DSP 出現(xiàn)了，其可支持一個算法的多通道，或者同一 DSP 上的多個算法。盡管早期的 DSP 可能僅用作語音編碼器等，但像來自 TI TMS320C5000 平臺中 DSP 則能夠處理蜂窩電話所需的整個數(shù)字處理鏈，包括聲碼、音頻校正、回波消除等。諸如來自 TMS320C6000平臺的其他 DSP，則能夠開發(fā) DSL 線卡、視頻服務器及其他在單個設(shè)備上要求具有極高多通道性能的系統(tǒng)。 利用現(xiàn)有更高層次的性能，許多新興信號處理標準不斷涌現(xiàn)，包括 JPEG、MPEG、電視會議、無線電話以及調(diào)制解調(diào)器與傳真改進等。開發(fā)商開始創(chuàng)建交互改變?nèi)蝿盏膭討B(tài)系統(tǒng)，而不是一般基于 DSP 的具有固定功能的靜態(tài)系統(tǒng)。而且系統(tǒng)代碼規(guī)模也開始劇增，常常為了適應新型多功能系統(tǒng)的復雜性而大幅度增加。 DSP 系統(tǒng)開發(fā)商始終缺少經(jīng)驗豐富且掌握深入信號處理知識的 DSP 程序員。目前，這些開發(fā)商們開始集成更為復雜的系統(tǒng)，一些剛剛進入 DSP 領(lǐng)域的其他開發(fā)商則已開始進行最初的 DSP 設(shè)計。不斷增長的業(yè)界系統(tǒng)集成商尋找各種方法來將日益復雜化的設(shè)備整合起來，而不必從頭設(shè)計所有軟件。幸運的是，一些具備業(yè)經(jīng)驗證軟件技術(shù)的開發(fā)商認識到新的市場商機，并開始作為第三方出售其知識產(chǎn)權(quán)，包括算法。系統(tǒng)集成商將從第三方購買"黑盒子"目標代碼，并將其加載至系統(tǒng)中，以節(jié)省寶貴的開發(fā)時間。至少這就是假設(shè)的工作流程了。 然而，在實踐中事情并非如此直接。第三方開發(fā)商常常假定DSP用法，以便使其算法盡可能精簡，并獲得最佳性能效果。因此，一個算法可能需要占用所有內(nèi)存，在很長的時間中禁用出現(xiàn)中斷，并完全控制核心。此外，系統(tǒng)集成商可能無法了解開發(fā)商的事先假定是什么，因為不存在統(tǒng)一的方法指定算法的資源要求與性能效果。 顯然，如果有了上述假定的話，那么兩種或多種算法就不能在多功能系統(tǒng)中和平共處。這樣的問題在利用源代碼進行再設(shè)計時可能相當困難，但力圖集成目標代碼的系統(tǒng)開發(fā)商對改變算法無能為力。而且，如果算法來自不同的第三方（事實常常如此），集成商將面臨不兼容性難題以及不可避免的相互指摘。 到20世紀90年代末為止，很明顯如果不就算法建立行為規(guī)則，那么 DSP 開發(fā)將停滯不前。因此，DSP 廠商開始發(fā)布這種規(guī)則，將其編寫為第三方軟件開發(fā)商必須遵循的標準代碼，以便保證算法的兼容性。盡管這些標準是具有所有權(quán)的，但它們都具有相同的目標，并且許多規(guī)則都是一樣的。由于某些規(guī)則反映了硬件實施，并且僅針對某些個體廠商，因此對所有權(quán)而不是業(yè)界標準進行保留。此外，當標準出現(xiàn)時，廠商為了跟上 DSP 的開發(fā)步伐被迫響應當時的需求，而不是將問題交給漫長的業(yè)界標準化進程來解決。 示范標準 最初建立的標準之一是 TI 的 TMS320 DSP Algorithm Standard?，也稱作XDAIS。TI 推出了該標準作為其 eXpressDSP? 軟件戰(zhàn)略的基本元素，并同時推出了實施內(nèi)核、集成開發(fā)環(huán)境 (IDE) 及第三方網(wǎng)絡(luò)，這表明算法標準化將在 DSP 軟件開發(fā)中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。TMS320 Algorithm Standard 是各種 DSP 算法標準的一個示范，事實上它成了隨后推出的某些標準的一個模型。 XDAIS 是在 TMS320 DSP 底層軟件架構(gòu)基礎(chǔ)之上建立起來的。圖1顯示了 DSP 系統(tǒng)的組織方式，這樣簡單數(shù)據(jù)傳感器算法從 I/O 功能以及底層核心運行時環(huán)境中分離出來。圖2顯示了 XpressDSP 環(huán)境中算法正常運行的必備系列事件。 XDAIS 算法規(guī)則 XDAIS 規(guī)則分外四組，具備基本的校驗機制以保證符合標準。 常識性編程規(guī)則。本組規(guī)則的作用在于加強算法的便攜性、可預測性及易用性。由于大多數(shù) DSP 系統(tǒng)運行于 C 環(huán)境中，因此頂層的算法必須能在C中調(diào)用。算法不得干擾應用程序的運行時狀態(tài)，并且代碼必須在搶占式環(huán)境中進行重入以支持多個通道。必須對多實例共享的存儲器與全局變量進行保護。所有代碼引用必須完全可再定位，不得采用硬編碼存儲器尋址，否則將干擾其他代碼。由于資源可能因系統(tǒng)而異，因此算法不得直接訪問外設(shè)。 取消任意選擇。如果需要以單一強制方法進行某項工作的話，該標準指定了應在各種不同方法中采用何種方法（就好像交通法規(guī)指定了在路上應左行還是右行）。為避免命名沖突，信號命名必須遵循 DSP/BIOS? 規(guī)則，這是 TMS320 DSP 采用的實時內(nèi)核。為避免將代碼移植到不同操作系統(tǒng)環(huán)境中時發(fā)生沖突，算法必須封裝到遵循統(tǒng)一命名規(guī)則的檔案文件中。必須使外部引用符合來源，如C運行支持庫函數(shù)或其他符合 eXpressDSP 的模塊。算法實例必須根據(jù)指定的程序調(diào)用并刪除，并且它們必須能夠獨立地進行再定位。對 C6000? 平臺而言，算法必須至少支持由小到大的字節(jié)順序，或最好兩個都支持，以便為系統(tǒng)開發(fā)商提供選擇。 資源管理。由于算法一般比較貪婪，并且必須使其可以共享，因此本組位于該標準的核心。現(xiàn)在每個算法都有了強制的存儲器管理界面，而且所有算法都必須在設(shè)計時一次協(xié)調(diào)或在運行時交互協(xié)調(diào)使用存儲器。本規(guī)則適用于外部及內(nèi)部存儲器，以及 DMA 通道等外設(shè)。本應用同控制框架一樣收集所有存儲器請求，隨后向算法分配存儲器。算法可能不能獲得其全部請求，但應用框架能夠在競爭請求間進行很好的判斷，并優(yōu)化地劃分系統(tǒng)資源。 統(tǒng)一規(guī)范。本組規(guī)則有助于系統(tǒng)集成商衡量算法并評估其在系統(tǒng)中的兼容性。所有的兼容性算法必須表現(xiàn)最壞情況的中斷傳輸時間、典型與最壞情況的執(zhí)行，以及程序、堆陣、靜態(tài)和堆棧存儲器要求等方面的特點。例如，算法供應商可能不再隱瞞會讓算法獨占內(nèi)核幾秒鐘的中斷傳輸時間。現(xiàn)在，必須根據(jù)已確定的方式在算法技術(shù)描述中指定并包含傳輸時間要求。 校驗與 eXpressDSP 一致性。算法開發(fā)商不能簡單地說它滿足了 TMS320 Algorithm Standard 的要求。開發(fā)商必須通過 TI 的 XDAIS 一致性測試工具加以證明，該工具可校驗代碼是否符合規(guī)則。此外，第三方必須書面同意在開發(fā)算法時遵循了標準規(guī)定。當滿足了這些要求時，第三方可以聲明其算法符合 eXpressDSP，并在廣告宣傳中使用圖3所示的標志。一致性工具可適用于第三方及 DSP 客戶，以便使他們在開發(fā)自身軟件時對這些軟件進行檢查。系統(tǒng)集成商還可以利用該工具保證他們購買的代碼在獲得eXpressDSP一致性稱號后沒有經(jīng)過修改。 XDAIS 的發(fā)展 XDAIS 在5年前推出時，其規(guī)則還不到30條。現(xiàn)在它已有了46條規(guī)則，這反映出對標準的需求不斷發(fā)展，但其發(fā)展是以認真、受控的方式進行的。新規(guī)則的添加（以及一些改動）出于以下幾點原因： 新硬件功能。添加某些規(guī)則是為了涵蓋硅技術(shù)的開發(fā)。例如，隨著將高級 DMA 功能集成到芯片中，XDAIS 也添加了新的規(guī)則以涵蓋 DMA 通道的分配。未來，XDAIS還可能包括有關(guān)硬件加速器作為共享資源使用的規(guī)則。 性能優(yōu)化。為優(yōu)化性能，DMA規(guī)則已進行了修訂，在此，這些規(guī)則也展示了XDAIS 標準中的另一個變化領(lǐng)域。由于早期規(guī)則解決了重大沖突，因此一些較新的指導方針傾向于幫助開發(fā)商更好地發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢。 新應用領(lǐng)域。XDAIS的最初指導方針主要是為了處理帶有數(shù)據(jù)流應用的單功能DSP，如語音及音視頻等。但今天的多功能系統(tǒng)常常必須處理突發(fā)數(shù)據(jù)，如 IP 數(shù)據(jù)包或更復雜的調(diào)制解調(diào)器標準中類似框架的編碼。這些應用的核心和系統(tǒng)要求有時與流應用的不同，而XDAIS 規(guī)則必須包括兩種類型的數(shù)據(jù)吞吐量。 有一個沒有改變的特性，即需要將開銷保持在較低水平。經(jīng)驗顯示，DSP 客戶與第三方將接受不超過一至兩個百分點的性能及存儲器干擾。這對于通用微處理器而言是一個較小的開銷百分比，該微處理器可通過中斷來驅(qū)動控制任務，并不十分受限于內(nèi)存的高效利用。但是，通常每個性能MIP對DSP都是非常關(guān)鍵的，因此 TI 已努力將 XDAIS 開銷保持在限定范圍內(nèi)。 算法標準的接受 盡管一直就軟件規(guī)則向第三方進行咨詢，但有些第三方最初對他們能否從算法標準中獲益是抱有懷疑態(tài)度的。許多第三方將算法的開發(fā)看作完全是其自身的業(yè)務，不歡迎 DSP 廠商參與，認為這是一種干擾。此外，為了使算法符合新的標準，一些重復工作是不可避免的，而第三方則反對承擔他們認為是不必要負擔的工作。而且，對與標準相關(guān)的開銷懲罰也有反對的聲音。 與第三方形成對比的是，DSP 系統(tǒng)集成商幾乎立即對標準表示歡迎。一些較大型DSP 開發(fā)商已經(jīng)在努力建立其自身規(guī)則，而 DSP 標準的到來節(jié)省了他們的工作。系統(tǒng)集成商還認識到，與算法標準相關(guān)的少量開銷能幫助他們避免大量時間耗費與麻煩，這種節(jié)約的價值大大超過了他們所必須接受的存儲器與性能權(quán)衡。 一旦他們熟悉了這些標準，DSP 系統(tǒng)集成商就開始要求算法一致性，這樣即便是最不情愿的第三方也不得不遵照行事。為了應付對額外開發(fā)工作的反對意見，出現(xiàn)了幫助第三方開發(fā)一致性算法的工具，圖4所示的 Hyperception Component Wizard 便是其中一個實例，它可幫助創(chuàng)建 XDAIS 算法。 今天，標準已得到普遍接受，即便最不情愿的算法開發(fā)商也認同標準化使得出售軟件的商機大大增加。根據(jù)標準進行設(shè)計還意味著能夠最小化支持需求，從而節(jié)省第三方的開支。TMS320 Algorithm Standard 就是體現(xiàn)標準有多么成功的一個代表：目前，符合 eXpressDSP 算法的第三方開發(fā)商達110個，且數(shù)量還在不斷增加。其他 DSP 廠商也認識到算法標準的需求，并為其各自的平臺和第三方算法提供了相似的產(chǎn)品。由于標準涵蓋了可互操作性編程的基本問題，因此其規(guī)則在許多方面都與最初推出的標準 TMS320 Algorithm Standard 相似。 新興產(chǎn)業(yè) 事實上，DSP 算法標準帶來了一種前所未有的國際產(chǎn)業(yè)。今天，某個地區(qū)的系統(tǒng)集成商可以通過網(wǎng)站從另一個地區(qū)的第三方處購買 DSP 算法，只要該算法通過認證，符合算法標準，那么該系統(tǒng)開發(fā)商就知道此代碼在應用框架中可正常發(fā)揮作用。對 DSP 系統(tǒng)集成商而言，一致性算法已簡化了對第三方目標代碼進行評估并集成的工作，從而簡化了開發(fā)進程并縮短了產(chǎn)品上市時間 。 由于我們最終控制了算法，現(xiàn)在業(yè)界中存在的問題就在于對其他軟件組件（如庫、驅(qū)動程序、內(nèi)核以及通訊棧等）進行標準化會帶來什么優(yōu)勢。DSP 廠商甚至在改進現(xiàn)有算法標準的同時，就已經(jīng)在考慮有關(guān)對上述組件的標準化工作進行擴展的問題了。 隨著 DSP 產(chǎn)業(yè)繼續(xù)圍繞著組件軟件模型進行開發(fā)，算法標準的價值正變得越來越明顯。標準提供了一系列規(guī)則，根據(jù)設(shè)計，實際上這些規(guī)則能夠保證組件在任何應用中與來自不同廠商的算法實現(xiàn)進行互操作。因此，代碼的便攜性與可重復使用性得到加強，而算法的衡量與評估更為直接，并且算法也更易于集成到系統(tǒng)之中。總體系統(tǒng)開發(fā)變得更快、更靈活，從而為市場中的最終用戶帶來了更健碩、更廉價的產(chǎn)品。 |