多媒体应用平台OMAP5910双核通讯技术

        1 引言

　　开放式多媒体应用平台OMAP5910为一种独特的双核结构，它将高性能低功耗的TMS320C55xDSP核与控制性能很强的ARM925微处理器结合起来，适合便携式手持设备综合处理能力的需求。ARM长于控制，DSP长于算法，但要想使二者协调配合起来产生最大的整体效能，双核之间的通讯技术研究就必不可少。

　　2 OMAP5910的双核结构简介

　　

 

　　如图一所示，OMAP5910的双核结构主要包括增强型ARM925核、TMS320C55xDSP核、交换控制器、系统DMA控制器、时钟复位管理模块、内部SRAM和外部设备应用接口等模块。

　　增强型ARM925核是一种先进的32位精简指令集计算机处理器，工作在150Mhz的主频上，它可以执行32位或16位指令，处理32位、16位、8位数据。作为OMAP5910的主机ARM925可以访问多达4G的空间。

　　TMS320C55xDSP核工作主频为150Mhz，内部有32K字的DASRAM、48K字的SARAM、16K字的ROM和12K字的高速指令缓存存储器。还有用于地址变换的存储器管理单元、两级中断管理器等模块。功能非常强大，而功耗却相当低，在目前TMS320 DSP家族中最为省电。

　　交换控制器主要用于提供ARM、DSP、系统DMA等对OMAP5910系统存储资源(包括192K字节的内部SRAM、64M字节的外部SDRAM和128M字节的外部FLASH)进行的异步操作。系统DMA控制器经过低功耗设计，支持外部存储器、ARM925、外围之间的8位、16位、32位数据传输，有突发传送和数据打包等功能。

　　时钟复位管理模块可以灵活地设置和管理ARM部分、DSP部分、交换控制器的时钟，使各单元能够工作在不同的省电模式下，从而最大限度地降低整个系统的功耗。

　　内部192K字节32位数据宽度的SRAM为液晶显示等应用提供了较大的数据和代码存储空间。外围设备应用接口为OMAP5910在片外连接液晶、摄像头、空中接口、USB等提供了方便。

　　3 OMAP5910的双核通讯机制

　　OMAP5910通过三种方式来支持内部双核间的通讯。第一种方式是通过双核共享邮箱寄存器Mailbox来实现，双核间可以互相中断并通过邮箱寄存器传递少量数据。第二种方式是ARM通过主机接口获得对DSP存储空间和I/O空间的访问权，然后由ARM来完成数据在双核间的搬移。第三种方式就是通过ARM对DSP存储器管理单元的设置将DSP的外部存储空间映射到OMAP5910系统存储资源中，由DSP来完成双核间数据的搬移。

　　三种通讯方式各有千秋。第一种方式传输的数据量较小，但是传递信息可靠及时，非常适合在双核通讯中完成握手联络。后两中方式都适合在双核之间传输大量数据，但数据传输的控制者不同，第二种方式由ARM控制完成，第三种方式由DSP控制完成。在一些相对复杂的应用中ARM常常忙于对许多外围设备的控制，没有更多的时间来完成双核间的数据传输，这时利用第三种方式来完成数据搬移必然是最理想的选择。基于这种考虑，下面对第三种方式进行一个介绍。

　　3.1 原理框图

　　双核间通过DSP的存储器管理单元MMU和外部存储器接口EMIF实现通讯的实质是利用DSP MMU将DSP的外部存储器映射在OMAP5910的内部SARAM、外部SDRAM和FLASH上，使ARM，DSP及DSP DMA都能访问这三个存储区域从而实现数据共享。框图如下：

　　

 

　　3.2 DSP MMU

　　DSP MMU可以将DSP外部存储空间(字节地址0x050000--0XFF7FFF或0x050000--0XFFFFFF)的任意块映射到OMAP5910的三个存储区上,块大小(1KB、4KB、64KB、1MB)可软件设置。

　　DSP MMU的核心结构就是32个CAM和32个RAM以及相关的几个控制、状态寄存器,其中CAM用来存放DSP的外部存储器虚拟地址及有关控制位信息;RAM用于存放OMAP5910的实际物理地址和访问允许控制位。DSP MMU使能后，当DSP访问外部存储器时，相应虚拟地址就会被送到DSP MMU处，如果虚拟地址的有效高位(当页大小为1KB、4KB、64KB、1MB时，对应的地址有效高位数分别为14、12、8、4)命中CAM，并且相应RAM中的访问允许控制位有效，那么相应RAM中的物理地址高位就和虚拟地址偏移一块儿被送到OMAP TC处，从而实现虚拟地址到物理地址的映射，然后就可以进行相关读写操作。如果虚拟地址的有效高位没有命中CAM或者相应RAM中的访问允许控制位无效，系统就会产生页错误或访问权限错误，并向ARM发起中断，在中断程序中ARM可通过查看DSP MMU有关状态寄存器来进一步了解错误原因。

　　DSP MMU的设置过程如下：

　　a. 释放 DSP MMU 的复位

　　b. 写 CAM_REG_H 和 CAM_REG_L 寄存器

　　c. 写 RAM_REG_H 和 RAM_REG_L 寄存器

　　d. 写 Lock Counter 寄存器

　　e. 将 LD_TLB_REG 寄存器写1,装载DSP MMU参数

　　f.使能 DSP MMU

　　3.3 存储模式转换

　　由于在OMAP5910中对于存储系统的操作,ARM处理器采用小端模式,而DSP则采用大端模式，因此当DSP访问OMAP5910的系统存储空间时,就需要进行大小端模式之间的转换。在ARM程序中对寄存器ENDIANISM进行适当设置就可以灵活地控制DSP访问OMAP5910存储空间时的数据格式。

　　3.4 DSP DMA

　　对于通过DSP的MMU和EMIF实现双核通讯来讲，当双核间通讯的数据量比较大而DSP又比较忙的时候，利用DSP DMA来实现数据的传输可以减轻DSP CPU的负担，提高整个DSP子系统运行的效率，而不会打断DSP CPU的工作。

　　4 实现双核通讯的一种方案

　　在关于OMAP5910的工程实际中较为典型的应用,通常是由ARM控制外围器件获取一组数据后，先交给DSP进行处理，处理后的数据再返回给ARM进行存储、显示、输出等。为了实现双核之间的数据通讯的可靠性，使用邮箱寄存器来传递双核间的握手协议，当一方需要联系另一方时只需向相应的邮箱命令寄存器写入数据即可中断对方，不同的数据代表不同的信号，使得握手及时可靠。当数据量比较大而DSP或ARM任务又比较多时，相应地使用DMA来进行数据传输可以减轻处理器负担，提高程序运行的效率。实现此方案的程序示意图如下：

 

　　5 结束语

　　由于OMAP5910芯片具有高性能、低功耗、优化的双核结构、丰富的外围设备接口等显著优点，所以在便携式仪器领域中它的应用前景也将十分广阔。而OMAP5910中双核间通讯技术的研究对于进一步开发OMAP5910，实现复杂的操作任务，协调双核工作具有非常重要的作用，为其在便携式仪器中发挥双核优势奠定了坚实的基础。