精品文檔-下載后可編輯雙端口RAM在ARM與DSP通信系統(tǒng)中的應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用摘要：通過使用IDT70261雙端口RAM實(shí)現(xiàn)了ARM與TMS320C6211DSP之間的高速實(shí)時數(shù)據(jù)通信，給出了雙端口RAM與TMS320C6211和ARM的硬件連接圖和ARM驅(qū)動編寫細(xì)節(jié)。

后PC時代，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，利用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字信號處理與傳輸成為可能。在ARM和DSP構(gòu)成的雙處理器系統(tǒng)中，嵌入式作為主設(shè)備，主要完成數(shù)據(jù)處理、存儲與網(wǎng)絡(luò)傳輸工作，而DSP作為從設(shè)備需要負(fù)責(zé)復(fù)雜的算法實(shí)現(xiàn)。

在此高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)中，隨著采樣數(shù)據(jù)量的增大和處理任務(wù)的增加，對數(shù)據(jù)的傳送要求越來越高，如果在兩個系統(tǒng)端口之間沒有能夠高速傳送數(shù)據(jù)的接口，將會造成數(shù)據(jù)傳送的阻塞，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的實(shí)時性與處理數(shù)據(jù)的能力，因此此系統(tǒng)設(shè)計的重點(diǎn)之一是主從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。本文介紹用雙端口RAMIDT70261完成TMS320C6211DSP與嵌入式ARM920T之間的數(shù)據(jù)通信。

1IDT70261雙端口RAM功能簡介

IDT70261是美國IDT公司生產(chǎn)的高速16K×16的雙端口SRAM,其典型功耗為750mW,它具有兩個等級的存取時間：商業(yè)級有15/20/25/35/55ns（max），工業(yè)級有20/25/35/55ns（max）。雙端口RAM有兩個完全獨(dú)立的端口，它們各自有一套相應(yīng)的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，允許兩個控制器單獨(dú)或異步的讀寫其中任意一個存儲單元。兩個端口具有同樣的對雙端口RAM的讀寫操作能力，但是當(dāng)兩個端口同時對同一地址進(jìn)行讀寫操作時，會因?yàn)閿?shù)據(jù)的沖突而造成存儲或讀取的錯誤。對同一存儲單元的操作存在以下四種情況：

（1）兩個端口不同時對同一地址單元進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。

（2）兩個端口同時對同一地址單元進(jìn)行讀出數(shù)據(jù)。

（3）兩個端口同時對同一地址單元進(jìn)行寫入數(shù)據(jù)。

（4）兩個端口同時對一個地址單元，一個寫入數(shù)據(jù)，另一個讀出數(shù)據(jù)。

前兩種情況不會造成對雙端口RAM的讀寫錯誤，第三種情況會造成寫入數(shù)據(jù)的錯誤，第四種情況會造成讀出錯誤。為了避免對雙端口RAM造成讀寫錯誤，IDT70261有以下幾種仲裁控制方法。

1.1遇忙邏輯控制

當(dāng)雙端口同時對同一地址單元進(jìn)行控制時，IDT70261提供一種/BUSY控制機(jī)制。雙端口不對同一地址單元進(jìn)行控制時，兩個端口的/BUSY引腳都為高，左右兩個端口均可正常訪問存儲空間。當(dāng)兩個端口對同一地址單元進(jìn)行存取時，一個端口的/BUSY引腳為高（允許對存儲空間的讀寫操作），另一個端口的引腳為低（禁止對存儲空間的讀寫操作），哪一個請求信號在前，其端口引腳為高，另一個為低。兩個端口請求讀寫的時間差為5ns,當(dāng)時間小于5ns時，系統(tǒng)會自動允許一個引腳讀寫，屏蔽另外一個引腳，防止出現(xiàn)對同一地址單元的讀寫錯誤。

1.2中斷控制機(jī)制

IDT70261具有中斷輸出功能，中斷工作時，雙端口RAM的兩個地址單元3FFE、3FFF作為"郵箱"來傳遞相應(yīng)的命令。當(dāng)中斷功能不使用時，3FFE、3FFF兩個單元作為正常的存儲單元使用。下面介紹中斷工作原理。

左端口寫地址單元3FFF,/INTR變?yōu)橛行Вǖ碗娖剑蛴叶丝诎l(fā)送中斷請求，右端口響應(yīng)中斷請求后，可向3FFF地址單元執(zhí)行讀操作，清除中斷標(biāo)志（/INTR變?yōu)楦唠娖剑Ｍ恚叶丝趯懙刂穯卧?FFE,/INTL變?yōu)橛行Вǖ碗娖剑蜃蠖丝诎l(fā)送中斷請求，左端口響應(yīng)中斷請求后，可向3FFE地址單元執(zhí)行讀操作，清除中斷標(biāo)志（/INTL變?yōu)楦唠娖剑?/p>

1.3令牌傳遞原理

IDT70261內(nèi)部有8個獨(dú)立于雙端口RAM的邏輯鎖存單元，用來標(biāo)明共享的雙端口RAM是否正在使用。在此工作模式下，/SEM用作鎖存器的"片選"信號，地址線A2~A0用來尋址8個標(biāo)志鎖存器，數(shù)據(jù)線D0用來標(biāo)志鎖存器的狀態(tài)。

端口向鎖存器寫入0表示申請控制權(quán)，寫入1表示放棄使用權(quán)。當(dāng)左端口要使用雙端口RAM時，先寫入0到標(biāo)志鎖存器，然后讀出標(biāo)志鎖存器的狀態(tài)，若讀出的值為0,則左端口獲得該存儲單元的使用權(quán)；若讀出的值為1,表明右端口正在使用該存儲單元。

此時，左端口要么循環(huán)檢測鎖存器狀態(tài)，直到右端口使用結(jié)束，要么向鎖存器寫入1,撤銷請求。同理，若右端口使用雙端口RAM時，仍按照上述步驟進(jìn)行操作[1,2].

2基于IDT70261的接口電路

本系統(tǒng)為視頻數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，當(dāng)攝像頭采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)DSP壓縮編碼后輸入到雙端口RAM芯片中，ARM處理器接收到數(shù)據(jù)請求后，接收圖像數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和傳輸工作，終將圖像經(jīng)過解碼顯示在終端PC機(jī)上。

基于IDT70261的接口電路圖如圖1所示，此系統(tǒng)采用中斷控制機(jī)制，雙端口RAM的一些功能引腳并不需要全部使用。雙端口RAM的左端是ARM920T芯片，右端是TMS320C6211DSP芯片。雙端口RAM兩個獨(dú)立的數(shù)據(jù)線D0L-D15L和D0R-D15R分別與ARM920芯片和DSP芯片連接，地址線A0L-A13L和A0R-A13R也分別與上述兩芯片連接。/CE為芯片使能引腳，R/W為讀寫控制引腳，/OE為輸出使能引腳，/INT為中斷標(biāo)志引腳，/BUSY為遇忙控制引腳，其連接電路如圖1所示。

圖1接口電路

3數(shù)據(jù)通信的軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用中斷控制方式來實(shí)現(xiàn)對雙端口RAM的讀寫操作。DSP主要負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)壓縮工作，壓縮后的數(shù)據(jù)傳送給雙端口RAM.傳送數(shù)據(jù)時，DSP向信令字單元3FFF寫入'55H',在ARM方產(chǎn)生中斷后，ARM讀信令字單元3FFF,如果是'55H',說明數(shù)據(jù)正在傳輸，讀完數(shù)據(jù)后，向信令字單元3FFE寫入'AAH',代表讀完數(shù)據(jù)。DSP接收到中斷后，讀信令字單元3FFEH,如果為'AAH',表示傳輸數(shù)據(jù)成功。

ARM完成整個系統(tǒng)的實(shí)時控制，對雙端口RAM的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳遞給PC機(jī)，因此需要驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)雙端口RAM與ARM之間的數(shù)據(jù)通信。驅(qū)動程序是應(yīng)用程序與硬件之間的接口，用戶可以通過驅(qū)動程序來間接的實(shí)現(xiàn)對硬件的讀寫控制操作。雙端口RAM的驅(qū)動程序主要任務(wù)是讀雙端口RAM數(shù)據(jù)到用戶空間、把用戶空間命令寫入雙端口RAM相應(yīng)地址以及相應(yīng)雙端口RAM產(chǎn)生的中斷。在驅(qū)動程序中，主要的結(jié)構(gòu)便是file_operation,在里面包含了對文件的打開、關(guān)閉、讀寫和其他控制函數(shù)，file_operation結(jié)構(gòu)如下：

在使用設(shè)備之前需要對設(shè)備進(jìn)行初始化，包括配置ARM接口寄存器、注冊設(shè)備、申請中斷和分配虛擬地址空間等。配置寄存器和注冊申請工作在加載模塊時實(shí)現(xiàn)，分配資源工作在dualram_open函數(shù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

配置接口寄存器，AT91RM9200具有一個EBI接口，可以方便的連接各種存儲設(shè)備，可以使用EBI接口中的SMC來控制讀寫，由CS4接口來控制雙端口RAM的使能信號，通過向相應(yīng)寄存器內(nèi)寫入控制字來實(shí)現(xiàn)ARM對雙端口RAM的端口初始化工作。

在初始化函數(shù)init_dualram中，用register_chrdev將雙端口RAM注冊為一個字符型設(shè)備，用request_irq為設(shè)備申請相應(yīng)的中斷資源，函數(shù)如下：

myirq=request_irq（AT91RM_IRQ1,dualport_inter,SA_INTERRUPT,"dualram",NULL）

在裝載驅(qū)動時進(jìn)行注冊和申請，在卸載模塊時必須進(jìn)行注銷，即在dualram_exit內(nèi)執(zhí)行unregister_chrdev和free_irq來釋放資源。

Linux無法直接訪問某一物理地址空間，必須通過虛擬地址空間的映射機(jī)制來完成訪問。映射工作在dualram_open函數(shù)內(nèi)完成，因此每次打開設(shè)備都會完成此工作。所要用到的地址資源和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：

#definedualram_base_addr0x60000000

#definedualram_sizeox3fff

u16*remaddr

通過使用函數(shù)remaddr=ioremap（dualram_base_addr,dualram_size）；進(jìn)行虛擬地址映射，此后就可以使用remaddr來完成對實(shí)際雙端口RAM空間的訪問了。

為了有效的提高數(shù)據(jù)傳輸效率，驅(qū)動程序與應(yīng)用程序之間采用異步通知的機(jī)制，這樣上層應(yīng)用程序便可以知道RAM中的數(shù)據(jù)量是否達(dá)到閾值，而不用采用輪詢的方式，占用處理器資源。異步通知機(jī)制分三步完成，首先需要讓內(nèi)核知道驅(qū)動程序與哪個進(jìn)程通信，當(dāng)進(jìn)程使用系統(tǒng)函數(shù)fcntl執(zhí)行F_SETOWN命令時，設(shè)備文件擁有者（owner）的ID號會被記錄在flip-f_owner中，此時內(nèi)核知道了與驅(qū)動進(jìn)行通信的進(jìn)程，然后應(yīng)用程序調(diào)用fcntl的F_SETFL命令來激活異步通知機(jī)制，這樣新數(shù)據(jù)到達(dá)時輸入文件便可發(fā)送一個SIGIO信號到flip-f_owner中指定的進(jìn)程。

圖像數(shù)據(jù)到達(dá)后，Linux內(nèi)的應(yīng)用程序完成對數(shù)據(jù)的讀寫操作，寫操作函數(shù)為：dualram_write,就是利用copy_from_user把用戶空間的數(shù)據(jù)寫入到雙端口RAM中，讀操作函數(shù)：dualram_read,就是利用copy_to_user把雙端口RAM中的數(shù)據(jù)讀入到用戶空間中[5,7].

4測試結(jié)果

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的測試環(huán)境是ARM920T與TMS320C6211通過網(wǎng)絡(luò)與PC互連構(gòu)成一個簡單的局域網(wǎng)。通過網(wǎng)絡(luò)抓包軟件可以統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量，通過CCS分析工具分析系統(tǒng)的實(shí)時性。系統(tǒng)的量化階距越高，圖像的壓縮比率越大，所獲得的圖像質(zhì)量越差，本系統(tǒng)設(shè)置的量化階距設(shè)置為75.經(jīng)測試本系統(tǒng)的主要參數(shù)如下：圖像的壓縮格式為JPEG,分辨率為BMP（240×160），編碼速度為15幀/秒，數(shù)據(jù)流量為50-200kbps,網(wǎng)絡(luò)采用UDP/IP協(xié)議，