基于DSP／BIOS的多信号并行处理软件架构设计

摘要 利用DSP芯片设计出能够支持多类信号多路并行处理的软件，可减少外围专用算法芯片的使用，降低设计成本、缩小印制板尺寸、缩短开发周期。文中介绍了一种利用DSP／BIOS操作系统进行快速开发设计的软件架构，不仅满足此种需求，并且方便了算法的裁减扩充和程序跨平台移植，在实际应用中得到了广泛应用和验证。

随着信息技术和芯片技术的发展，DSP技术在航空、通信、医疗和消费类电子设备中得到广泛应用。伴随主频不断提升及多核并行工作，DSP芯片的运算能力快速增强。运用DSP芯片快速设计多类信号多路并行处理的软件，变得更加重要。为满足需求，文中提出一种基于DSP／ BIOS的软件架构，可提高软件的可维护性和可重用性，方便算法的裁减添加及程序的跨平台移植，实现多类信号多路并行处理的软件快速开发设计。

1 DSP／BIOS简介

DSP／BIOS是TI公司推出的实时操作系统，集成在CCS(Code Composer Studio)开发环境中。DSP／BIOS采用静态配置策略，通过去除运行代码能使目标程序存储空间最小化，优化内部数据结构，在程序执行前够通过确认对象所有权较早地检测出错误，可满足DSP运行时的调试和性能分析，应用DSP／BIOS可以快速编写高效程序，较大的简化DSP应用程序的开发和调试。DSP／BIOS是一组可重复调用的系统模块应用程序接口API集合，分为系统模块System、协助模块Instrumentation、调度模块Scheduling、同步模块Synchronization、通信模块Input／Out put和配置模块CSL。系统模块，主要完成芯片型号确认、字节序Endian Mode配置、主频配置、芯片Cashe空间划分及内存空间分配。协助模块Instrumentation，主要负责消息打印、事件日志及信息追踪工作。调度模块，为DSP／BIOS核心功能，可细化为定时管理CLK、周期中断管理PRD、硬中断管理HWI、软中断管理SWI、任务管理TSK和空闲任务管理IDL。CLK控制片内的32位实时逻辑时钟，负责PRD周期的设置。PRD管理周期对象，触发应用程序周期执行性，为一种特殊的SWI。HWI管理硬件中断，主要负责DSP与外设的数据交互，中断服务程序应尽量短小精焊。SWI是不可阻塞抢断式，SWI任务只能在程序编制时预先定义好。TSK是可阻塞抢断式的，支持任务的动态产生。IDL管理休眠函数，休眠函数在目标系统程序无更高优先权的函数运行时启动，是一种特殊的TSK。同步模块，负责各个调度模块之间信息的交换传递，保证调度模块之间的同步和互斥。通信模块，允许应用程序在目标系统和主机之间交流数据。配置模块，负责芯片底层硬件的配置。另外DSP／BIOS还带有插件，支持实时分析、程序跟踪和性能监视。

2 DSP软件架构

软件架构采用分层设计思想，共分5层：驱动层、系统层、算法层、控制层和应用层。驱动层完成芯片硬件接口及外围芯片驱动。系统层运行DSP／BIOS操作系统，完成硬件中断、周期控制和任务调度功能。算法层提供各类业务需求的算法API。控制层负责软件的指令解析、内存管理、中断服务和交换控制。应用层为CPU调用控制DSP提供指令交互和数据交互接口。

3 子层设计

3．1 驱动层

使用DSP／BIOS图形化的界面，调用芯片支持库模块CSL，快速设置DSP底层硬件接口，完成芯片的MCBSP驱动、EMIF驱动和EDMA驱动的开发。对于外围芯片的驱动，如A／D芯片驱动，首先硬件上完成DSP芯片与A／D芯片的接线，然后按照配置指令的帧格式完成对A／D芯片的配置。

3．2 系统层

系统层设计为软件架构设计的关键点，充分利用DSP／BIOS提供的调度模块和同步模块。将控制层中的指令解析、交换控制和交换表更新模块与PRD绑定，周期检查有无新指令，并根据指令解析更新交换表，调度周期由32位实时逻辑时钟控制。将控制层中的交换控制和数据交换模块与TSK绑定，根据从其他模块收到的信号量SEM或者邮箱信息MBX，进行数据格式转换，完成不同格式的数据在不同信道间的透明传输。将中断服务与HWI进行绑定，完成数据实时收发。运用同步模块Synchronization中的邮箱机制MBX与信号量SEM机制完成HWI、PRD和TSK之间的消息传递。运用操作系统的调度算法，完成多个任务之间的调度，控制数据收发及数据处理。

3．3 算法层

把各类算法单独列为一层，汇聚多类信号算法，采用松散耦合和可重入设计方法，方便算法的移植、维护及多路并行工作设计，并根据应用需求，方便算法的裁减和扩充。各类算法严格独立，都以单独库和头文件的形式提供。算法层的结构如图2所示。

3．4 通信常用算法

DTMF：双音多频信号，每个号码由两个音频信号相加得到，广泛用在电话拨号和来电显示中，其生成和检测算法。
FSK：利用1 200 Hz和2 200 Hz的正弦信号，采用2FSK调制解调方法，广泛用于来电显示中，其生成和检测算法。
TONE：三音生成和检测算法，包含信号音、忙音、回铃音生成和三音检测，广泛用于电话交换系统中。
G．711：速率为64 khit·s-1的语音编解码标准，广泛用于电话交换系统中。
CVSD：连续可变斜率编码的英文缩写，速率为16 khit·s-1的语音编解码标准，用于低速率通信系统中，其编解码算法。