HPI接13的视频数据传输系统设计

文章摘要：引 言 在视频监控、远程视频播放等系统中，通常需要将视频图形数据通过网络传输到远程处理机上。作为数字信号处理专用处理器，DSP虽然在视频压缩等方面有很大的优势，但对诸如任务管理，网络通信等功能的实现较困难。运行于通用嵌入式处理器的Linux操作系统，开源，可以根据需要修改内核，支持各种网络协议，并且其任务调度机制性能卓越。综合二者的优点，嵌入式视频平台可以由DSP完成图形处理功能，并通过高速接口把视频数据传输给嵌入式微处理器，然后由嵌入式Linux系统完成网络传输功能。 目前DSP与微处理器之间的高速通信方式有以下几种：共享内存，此种技术对软硬件的设计要求都非常高，同样效率也最高；

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引 言
    在视频监控、远程视频播放等系统中，通常需要将视频图形数据通过网络传输到远程处理机上。作为数字信号处理专用处理器，DSP虽然在视频压缩等方面有很大的优势，但对诸如任务管理，网络通信等功能的实现较困难。运行于通用嵌入式处理器的Linux操作系统，开源，可以根据需要修改内核，支持各种网络协议，并且其任务调度机制性能卓越。综合二者的优点，嵌入式视频平台可以由DSP完成图形处理功能，并通过高速接口把视频数据传输给嵌入式微处理器，然后由嵌入式Linux系统完成网络传输功能。
    目前DSP与微处理器之间的高速通信方式有以下几种：共享内存，此种技术对软硬件的设计要求都非常高，同样效率也最高；通用高速总线接口，如PCI、USB等，这种类型的通信方式采用复杂的链路协议，软件设计困难；专用接口，如TI公司DSP提供的HPI(Host Port Inter-face)。本文研究了TMS320E)M642的HPI接口，并提出一种在TMS320DM642和AT91RM9200间高速通信的软硬件实现方案。通过HPI接口，TMS320DM642可以高速地将实时视频数据传输给AT91RM9200；在AT91RM9200上，Lnux驱动实现存储器映射I／O和物理内存重映射，避免了视频数据在应用程序与内核之间的二次拷贝，提高了应用程序的网络发包效率。

1 HPI接口硬件设计
    HPI是一种并行接口，支持32位(HPl32)和16位(HPll6)数据总线，通过HPI的数据寄存器(HPIDA、HlPIDF)，ARM可以间接存取DSP的存储空间。在DSP内部，数据从存储单元到HPI数据寄存器的传输，是由EDMA(增强DMA)控制器完成的。
    HPI控制器的外围引脚包括HD[0-31]、数据总线。HCNTL[O-1]是寄存器访问控制线，HPI控制器有4个寄存器，通过这两根控制线，DSP可以确定ARM要访问的寄存器。其中，HPIA地址寄存器，存放当前访问单元的地址；HPIC为控制寄存器，实现各种控制命令；HPIDA自增长数据寄存器，每访问一次该寄存器HPIA的内容加4；HPIDF固定地址数据寄存器，与HPIDA不同之处在于，访问该寄存器后HPIA的内容不变。HHWIL，高低位访问控制线，它只用于HPll6模式中，该控制引脚决定寄存器的高或低16位被主机访问。HR／nW，HPI控制器4个寄存器的读写控制线。HDSl、HDS2和HCS，其中HDSl、HDS2可连接ARM的读、写控制线，HCS连接ARM的nCS7片选线，三者在DSP内部组合形成一个HSTROBE信号，当HCS低有效并且HDSl或HDS2的读或写低有效，决定数据寄存器(HPIDA、HPIDF)的读或写操作。HAS，地址锁存线，当主机的地址线与数据线复用时，主机可用该控制线通知。DSP锁存地址；其他不用该控制线情况时，应接高电平。nHRDY，DSP输出线，表示HPI总线是否可访问。nHINT，中断输出线，用于中断ARM。
    DSP与ARM接口电路如图1所示。采用HPI16模式，16根数据线通过16245数据隔离器接到ARM数据总线的低16位，将HPI的片选空间置于ARM的nCS7片选线上，HR／nW读写信号经反向器接到ARM的AB4地址线，HCNTL[O-1]与ARM的地址线AB[2-3]相连，则HPI的4个寄存器的读基地址为0x80000000，写基地址为0x80000010。在ARM端从这两个地址开始访问，相应地对HPI 4个寄存器访问。

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    其中vm_flags字段设置了VM_RESERVED，表示该数据缓冲区一直常驻内存，在内存不足时，不会被交换出去。内核和进程同时对数据缓冲区读写，为了保证数据的一致性，对该区域的访问不应该经过CPU内部的缓冲区，所以用pgprot_noncached设置非缓冲标志。
    mmap系统调用返回一个进程虚拟地址，该地址就是vma->vm_start字段，进程对该虚拟地址的访问，最终变为对物理地址CACHE_PHY的访问。
2．3 数据缓冲管理
    缓冲管理的主要任务是，当ARM接收到新的一帧时，为其分配相应的缓存，并将在物理地址重映射到进程虚拟地址。当应用程序处理该帧时，缓冲管理负责内存区域的回收。
    当Linux内核启动时，可以传人参数mem=PHY_LEN，指定存储空间的大小。在本例中，内核启动时为HPI驱动预留8 MB的高端物理内存。在本例中，借助Linux中对普通外设I／O内存(PCI卡内存等)管理的思想，用高度为2的树表示一块连续的区域。该数据结构的优点在于，资源分配简单，把离散的小内存合并为一块连续的大缓冲区的算法复杂度为O(1)。具体实现请参阅内核源码中resource结构相关部分。

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