面向多核DSP及SoC的平台软件解决方案

　　前言

　　随着大规模集成电路技术和半导体技术的发展，1982年世界上诞生了第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品。这种DSP器件的运算速度比传统的微处理器快了几十倍，尤其在语言合成和编码译码器中得到了广泛应用。DSP芯片的问世是个里程碑，它标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。至上世纪八十年代中期，随着CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。

　　上世纪八十年代后期第三代DSP芯片问世，运算速度进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。到上世纪九十年代相继出现了第四代和第五代DSP器件。第五代DSP产品与上一代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。随着芯片工艺的不断提升，多核DSP及多核SoC渐渐成为主流。

　　目前多核CPU、DSP以及融合DSP、CPU的SoC芯片技术日趋成熟， 多核DSP及SoC被越来越多的应用到通信、军工、工控、医疗等设备当中，例如TI公司的C66系列以及Freescale的B系列。由于多核处理器及多核SoC的芯片硬件极其复杂，相应出现很多新挑战，例如，如何简化多核软件设计过程，如何充分的发挥多核处理器性能，如何管理共享外设，如何进行多核异构系统的调试，如何实现多核间的高效通信等，这些课题使得对平台软件的需求也就呼之欲出。

　　Enea公司结合了其几十年的平台软件经验，针对多核CPU/DSP/SoC的复杂环境，推出了一系列的平台软件解决方案。这些产品及方案被广泛地使用在通信、航空、航天、船舶和军工国防等领域中。

　　面向多核DSP及SoC的平台软件方案的特点

　　1 平台软件的定义

　　在大型的嵌入式系统中，业务功能由机架上的业务子板来实现。子板上的软件一般分为驱动层、操作系统层和应用层（应用、协议、算法和运维部分）。一般把驱动层和操作系统层统称为平台软件层。平台软件层负责管理硬件资源，为应用层提供包括资源分配、任务调度、冗错处理、文件系统接口、IP协议栈、外设管理、驱动接口封装等服务。

　　可以说一切应用层的设计，都是基于平台软件层的架构来实现。一个优秀的、功能丰富的平台软件层，可以使应用层的设计实现变得尤为简单，其高可靠性又可使整个系统变得更为强壮。

　　对于多核DSP及SoC来说，由于硬件架构的日益复杂，对于平台软件的功能及性能提出了更高的要求。

　　2 目前面临的问题

　　由于多核处理器及多核SoC的芯片硬件极其复杂，如何简化多核软件设计过程、如何充分的发挥多核处理器性能、如何管理共享外设，如何进行多核异构系统的调试，如何实现多核间的高效通信， 这一切对软件设计者提出了更大的挑战。

　　在多核DSP及SoC的硬件架构下，一个优秀的商用平台软件，可以帮助系统设计及开发者，简化多核软件设计过程、充分的发挥多核处理器性能、实现多核间的高效通信、管理共享外设、简化多核异构系统的调试，从而帮助客户加快产品的市场化速度。

　　Enea面向多核DSP及SoC的平台软件解决方案

　　1 Enea平台软件解决方案

　　Enea是全球网络和终端软件供应商的领导者，专注于通信领域实时操作系统和平台软件。

　　结合公司几十年的平台软件经验，针对多核CPU/DSP/SoC的复杂环境，Enea推出了一系列的平台软件解决方案。例如，在基站设备中，Enea推出了针对基于多核处理器的基站的平台软件解决方案。

　　Enea的平台软件方案由四部分组成，包括面向多核CPU的OSE/Linux操作系统、针对多核DSP的OSEck操作系统、DSP集群管理软件dSPEED和Enea系统级调试工具Optima。目标系统上的各个实体由Enea 分布式透明传输模块LINX连接起来。

　　Enea的平台软件解决方案为多核DSP和S oC的目标系统提供了完整的软件架构、丰富的调试监测功能以及简单实用的高可靠通信的IPC工具。

　　在DSP侧，E n ea的O SE c k操作系统为DSP的软件架构和编程提供了可靠的选择。OSEck是Enea专门针对DSP进行优化的精简高效的实时操作系统，也一款优秀的面向DSP的商用操作系统。OSEck支持Freescale、TI、LSI、A D I、C E VA等几乎所有的最新DSP处理器，与O S E相同的应用层A P I接口、为每款DSP专门优化的内核、小至10KB footprint、丰富的BSP及应用模块（例如Timeout server、针对DSP优化的IP协议栈、CoreDump模块等）为程序的设计以及系统的出错追踪提供了更多的可能性。

　　在C PU侧，提供Enea的实时的商用Linux操作系统或Enea针对CPU的硬实时操作系统OSE5.x。OSE5.x是Enea针对多核CPU作专门优化的操作系统，O S E 5.x独有的XM P模式既有SM P模式的简单易用性，又具有AMP模式的性能，为平台软件C PU侧的软件架构设计提供了方便。OSE的直接消息传递机制和集中式错误处理大大简化了编程的工作，OSE丰富的模块、文件系统、I P协议栈、动态加载模块、LINX工具、ramlog工具、Optima系统级调试工具等这一切功能都节约了开发工作时间，加快了产品化速度。

　　dSPEED模块用于监控和管理CPU和DSP阵列，负责DSP的加载复位、日志的收集、DSP和C PU上任务的监控、数据统计以及CoreDump的收集。dSPEED把CPU和DSP的复合系统融合为一个整体，负责各个实体间通信的是Enea的分布式透明传输模块LINX。LINX支持几乎所有的物理通信介质包括共享内存、以太网、sRIO、PCI等。统一了核间、同构/异构处理器间乃至板间的通信接口，并提供保证链路可靠性的机制，使分布式系统间的通信犹如在同一个核内通信那么简单。LINX的出现大大简化了分布式系统的程序设计。如图2所示。如图3所示是LINX的详细结构图示图。

　　针对整个平台软件的调试，Enea的Optima系统级调试工具为系统的调试提供了方便。Optima工具通过以太网与目标系统相连，只要目标系统中的实体有LINX链路，那么通过PC侧的Optima工具就可以看到整个分布式系统的拓扑图。Optima可以查看CPU或者DSP上操作系统的进程状态、内存和堆的详细分配情况、CPU使用率、查看系统coredump、进行基于GDB的在线调试、实时查看系统和用户的日志等。如图4所示。

　　2 针对常用多核DSP/SoC芯片的解决方案实例

　　下面是Enea针对常用多核DSP/SoC芯片的解决方案的实例介绍。

　　Enea针对TI C66x多核DSP的软件解决方案如图5所示，包含硬实时的内核、LINX模块、完整的BSP包及调试工具支持。

　　Enea针对Freescale SC3850多核DSP的软件解决方案如图6所示，包含硬实时的内核、L IN X模块、完整的BSP包及调试工具支持。

　　Enea针对Freescale B4860 SOC的软件解决方案如图7所示，包含Enea的Linux操作系统、硬实时的内核OSEck、LINX模块、完整的BSP包及调试工具支持。

　　Enea针对TI C6636 SOC的软件解决方案如图8所示，包含Enea的Linux操作系统、硬实时的内核OSEck、LINX模块、完整的BSP包及调试工具支持。

　　结论

　　本文介绍了Enea针对多核DSP/SoC的平台软件解决方案。详细介绍了方案的组成，包括面向针对多核DSP/SoC的OSEck操作系统、多核CPU的Enea Linux以及OSE操作系统、DSP阵列的管理模块dSPEED、Enea系统级调试工具Optima以及Enea的分布式透明传输模块LINX。文章突出了此方案的优点以及应用的实例，为应用多核DSP/SoC的嵌入式软件架构设计提供了参考。