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| -- 作者：wangxinxin -- 發布時間：2010-11-13 10:19:54 -- 技術|算法標準實現高效 DSP 系統開發 隨著數字信號處理器 (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。第三方算法使系統開放商不必再費力重新設計主要的軟件功能，從而能夠更快、更廉價地將系統與更多功能集成。因此，第三方算法在 DSP 系統開發中發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作的一套規則，使他們更輕松地進行評估，然后在系統環境中進行集成。 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出來，此時更為強大的 DSP 出現了，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 DSL 線卡、視頻服務器及其他在單個設備上要求具有極高多通道性能的系統。 利用現有更高層次的性能，許多新興信號處理標準不斷涌現，包括 JPEG、MPEG、電視會議、無線電話以及調制解調器與傳真改進等。開發商開始創建交互改變任務的動態系統，而不是一般基于 DSP 的具有固定功能的靜態系統。而且系統代碼規模也開始劇增，常常為了適應新型多功能系統的復雜性而大幅度增加。 DSP 系統開發商始終缺少經驗豐富且掌握深入信號處理知識的 DSP 程序員。目前，這些開發商們開始集成更為復雜的系統，一些剛剛進入 DSP 領域的其他開發商則已開始進行最初的 DSP 設計。不斷增長的業界系統集成商尋找各種方法來將日益復雜化的設備整合起來，而不必從頭設計所有軟件。幸運的是，一些具備業經驗證軟件技術的開發商認識到新的市場商機，并開始作為第三方出售其知識產權，包括算法。系統集成商將從第三方購買"黑盒子"目標代碼，并將其加載至系統中，以節省寶貴的開發時間。至少這就是假設的工作流程了。 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存，在很長的時間中禁用出現中斷，并完全控制核心。此外，系統集成商可能無法了解開發商的事先假定是什么，因為不存在統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中和平共處。這樣的問題在利用源代碼進行再設計時可能相當困難，但力圖集成目標代碼的系統開發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則，那么 DSP 開發將停滯不前。因此，DSP 廠商開始發布這種規則，將其編寫為第三方軟件開發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的，但它們都具有相同的目標，并且許多規則都是一樣的。由于某些規則反映了硬件實施，并且僅針對某些個體廠商，因此對所有權而不是業界標準進行保留。此外，當標準出現時，廠商為了跟上 DSP 的開發步伐被迫響應當時的需求，而不是將問題交給漫長的業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? 軟件戰略的基本元素，并同時推出了實施內核、集成開發環境 (IDE) 及第三方網絡，這表明算法標準化將在 DSP 軟件開發中發揮關鍵性作用。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 底層軟件架構基礎之上建立起來的。圖1顯示了 DSP 系統的組織方式，這樣簡單數據傳感器算法從 I/O 功能以及底層核心運行時環境中分離出來。圖2顯示了 XpressDSP 環境中算法正常運行的必備系列事件。 XDAIS 算法規則 XDAIS 規則分外四組，具備基本的校驗機制以保證符合標準。 常識性編程規則。本組規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 DSP 系統運行于 C 環境中，因此頂層的算法必須能在C中調用。算法不得干擾應用程序的運行時狀態，并且代碼必須在搶占式環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而異，因此算法不得直接訪問外設。 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? 規則，這是 TMS320 DSP 采用的實時內核。為避免將代碼移植到不同操作系統環境中時發生沖突，算法必須封裝到遵循統一命名規則的檔案文件中。必須使外部引用符合來源，如C運行支持庫函數或其他符合 eXpressDSP 的模塊。算法實例必須根據指定的程序調用并刪除，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順序，或最好兩個都支持，以便為系統開發商提供選擇。 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計時一次協調或在運行時交互協調使用存儲器。本規則適用于外部及內部存儲器，以及 DMA 通道等外設。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，并優化地劃分系統資源。 統一規范。本組規則有助于系統集成商衡量算法并評估其在系統中的兼容性。所有的兼容性算法必須表現最壞情況的中斷傳輸時間、典型與最壞情況的執行，以及程序、堆陣、靜態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核幾秒鐘的中斷傳輸時間。現在，必須根據已確定的方式在算法技術描述中指定并包含傳輸時間要求。 校驗與 eXpressDSP 一致性。算法開發商不能簡單地說它滿足了 TMS320 Algorithm Standard 的要求。開發商必須通過 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則。此外，第三方必須書面同意在開發算法時遵循了標準規定。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，以便使他們在開發自身軟件時對這些軟件進行檢查。系統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過修改。 XDAIS 的發展 XDAIS 在5年前推出時，其規則還不到30條。現在它已有了46條規則，這反映出對標準的需求不斷發展，但其發展是以認真、受控的方式進行的。新規則的添加（以及一些改動）出于以下幾點原因： 新硬件功能。添加某些規則是為了涵蓋硅技術的開發。例如，隨著將高級 DMA 功能集成到芯片中，XDAIS 也添加了新的規則以涵蓋 DMA 通道的分配。未來，XDAIS還可能包括有關硬件加速器作為共享資源使用的規則。 性能優化。為優化性能，DMA規則已進行了修訂，在此，這些規則也展示了XDAIS 標準中的另一個變化領域。由于早期規則解決了重大沖突，因此一些較新的指導方針傾向于幫助開發商更好地發揮系統優勢。 新應用領域。XDAIS的最初指導方針主要是為了處理帶有數據流應用的單功能DSP，如語音及音視頻等。但今天的多功能系統常常必須處理突發數據，如 IP 數據包或更復雜的調制解調器標準中類似框架的編碼。這些應用的核心和系統要求有時與流應用的不同，而XDAIS 規則必須包括兩種類型的數據吞吐量。 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動控制任務，并不十分受限于內存的高效利用。但是，通常每個性能MIP對DSP都是非常關鍵的，因此 TI 已努力將 XDAIS 開銷保持在限定范圍內。 算法標準的接受 盡管一直就軟件規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度的。許多第三方將算法的開發看作完全是其自身的業務，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 系統集成商幾乎立即對標準表示歡迎。一些較大型DSP 開發商已經在努力建立其自身規則，而 DSP 標準的到來節省了他們的工作。系統集成商還認識到，與算法標準相關的少量開銷能幫助他們避免大量時間耗費與麻煩，這種節約的價值大大超過了他們所必須接受的存儲器與性能權衡。 一旦他們熟悉了這些標準，DSP 系統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工作的反對意見，出現了幫助第三方開發一致性算法的工具，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商也認同標準化使得出售軟件的商機大大增加。根據標準進行設計還意味著能夠最小化支持需求，從而節省第三方的開支。TMS320 Algorithm Standard 就是體現標準有多么成功的一個代表：目前，符合 eXpressDSP 算法的第三方開發商達110個，且數量還在不斷增加。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品。由于標準涵蓋了可互操作性編程的基本問題，因此其規則在許多方面都與最初推出的標準 TMS320 Algorithm Standard 相似。 新興產業 事實上，DSP 算法標準帶來了一種前所未有的國際產業。今天，某個地區的系統集成商可以通過網站從另一個地區的第三方處購買 DSP 算法，只要該算法通過認證，符合算法標準，那么該系統開發商就知道此代碼在應用框架中可正常發揮作用。對 DSP 系統集成商而言，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，從而簡化了開發進程并縮短了產品上市時間 。 由于我們最終控制了算法，現在業界中存在的問題就在于對其他軟件組件（如庫、驅動程序、內核以及通訊棧等）進行標準化會帶來什么優勢。DSP 廠商甚至在改進現有算法標準的同時，就已經在考慮有關對上述組件的標準化工作進行擴展的問題了。 隨著 DSP 產業繼續圍繞著組件軟件模型進行開發，算法標準的價值正變得越來越明顯。標準提供了一系列規則，根據設計，實際上這些規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之中。總體系統開發變得更快、更靈活，從而為市場中的最終用戶帶來了更健碩、更廉價的產品。 |