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(多图) 基于GIO/FVID的DSP视频驱动程序

来源:华中科技大学/作者:臧博 吴裕斌 曹丹华?? 2007年08月13日 ?? 收藏0

  引言

  随着时代的发展,DSP技术在远程监控、可视电话、工业检测等视频处理领域得到了广泛的应用,对于不同的视频处理系统,会使用不同的视频设备,所以有必要为视频没备设计驱动程序,为高层应用程序提供统一的接口来操作底层硬件。只要是遵循此驱动程序接口标准开发的高层应用程序,都可以在具有相同接口的不同硬件平台上运行,具有很好的通用性和可移植性。同时高层应用程序设计人员只要会使用设备驱动程序提供的API接口,就不必了解底层硬件的具体实现,可以大大提高整个视频系统的开发效率。

  对于视频设备,TI公司也提出了对应的视频设备驱动程序模型,但这些模型主要是针对6000系列高端DSP,甚至是DM64X这样的视频处理专用DSP设计的。而TMS320F2812(简称F2812)DSP这样的低端处理器,内部存储空间较小,且没有DM64X那样专用的视频接口。本文针对这类问题,提出了对TI视频驱动模型进行简化和改造的方法,使视频设备驱动程序占用尽量少的系统资源,来完成对视频硬件设备的操作。这种视频驱动模型的裁减方法,对于使用低端处理器的视频处理系统具有借可鉴性。

  1、基于DSP/BIOS的外设

驱动开发模型

  TI公司为开发DsP的外设驱动程序,推出了DSP/BIOS Device Driver kit,定义了标准的设备驱动模型,并提供了一系列的API接口。如图1所示,外设驱动程序分为两层:

  ①类驱动(class driver)。类驱动程序用来为应用程序提供接口。这部分程序与设备无关,主要功能包括维护设备数据缓冲区,向上提供API接口供应用层程序调用,并协调应用程序对外设操作的同步和阻塞;向下提供适配层与迷你驱动层相连,实现API接口函数到迷你驱动层程序的映射。类驱动程序与硬件无关,只要外设驱动模型选定了,类驱动程序就定下来了,不需要做多少修改。

  ②迷你驱动(mini driver)。迷你驱动程序与设备相关,所以设计迷你驱动程序是外设驱动开发中的重点。迷你驱动程序与类驱动层的接口格式是统一的,但迷你驱动程序对底层硬件的操作是根据硬件平台的不同而变化的。迷你驱动接收类驱动层发出的IOM_Packet命令包,决定对底层硬件进行什么样的操作。

  外设驱动程序模型又可以分为以下3类:

  ①PIP/PI0模型。基于数据管道的I/O模型,每个管道都在维护自己的一个缓冲区。当数据写入缓冲区,或从缓冲区取出数据时,便会激发notifyReader和notifyWriter函数实现数据的同步。

  ②SIO/DIO模型。基于数据流的I/O模型,一个数据流是单向的,要么是输入,要么是输出,而且SIO/DIO模璎使用异步方式来操作I/0,对于数据的读写、处理可以同时进行。

  ③GI0模型。通用的I/O模型,灵活性很强,且没有适配层,直接操作迷你驱动程序,主要用来设计新型的设备驱动模型。

基于DSP/BIOS 外设驱动模型

  2、视频处理系统硬件平台

  硬件平台如图2所示。系统以TI公司的F2812 DSP作为中心处理器,以模拟摄像机进行视频信号采集,再使用SAA7111视频解码芯片将其转换为BT601格式的数字视频信号。DSP将数字视频信号处理后,再写入输出帧缓存AL422中,并控制视频编码芯片ADV7177,将其转换为模拟电视信号输出。整个系统以l片CPLD——IspMachLC4128来协调各个芯片之间的时序关系。

硬件平台

  3、视频设备驱动程序开发

  3.1 设备驱动程序模型的选择

  如上文介绍,常用的驱动程序模型包括3类:PIO、SIO和GIO。比较这3种模型可以知道:PIO支持更底层的通信,适合设计比较简单的外设驱动程序。例如在TI公司的6X11DSK板上实现的音频采集和回放,一般都是基于PIO模型的。而SIO模型具有很好的缓冲器分配回收机制,比较适合描述视频设备,但是SIO的很多功能在本系统中使用不到,而且GIO模型设计的目的就是针对特殊硬件的新型设备,所以最终考虑使用GIO设备驱动模型。

  TI公司最初设计的GIO模型其实是有缺陷的,主要在数据缓冲区管理的问题上,应用程序在取得缓冲区进行数据处理之后,却无法将缓冲区返回设备驱动程序。于是TI公司在推出DM6北这一款主要用于视频处理的DSP芯片的同时,对GIO模型进行了改进,提出了专门针对视频设备的FVID模型。FVID模型是建立在GIO模型之上的,以FVID_alloc、FVID_exchangc、FVID_free函数对GIO模型中的GIO_submit函数进行封装,解决了GIO模型中驱动程序不能回收缓冲区的问题。

  此外FVID模型还专门设计了FVID_frame结构。此结构中包含了常用的视频信号的信息,如行数、列数、YUV结构、场频等,很适合描述视频数据帧。但FVID主要是针对DM64X系统设计的,DM64X的很多功能在F2812 DSP上都不具备。所以本设计针对F2812 DSP视频处理系统,对FVID模型进行了一定的简化,保留类驱动程序,而重写了迷你驱动层程序。


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视频设备驱动程序? TMS320F2812?

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