DSPC6400系列是德州儀器基于軟件開發(fā)面臨的新要求而推出的，其運(yùn)行時(shí)鐘可以達(dá)到1.1GHz,運(yùn)算能力可以達(dá)到8800MIPS.如何充分發(fā)揮DSP的這種性能優(yōu)勢(shì)，對(duì)軟件提出了很高的要求。首先為了降低系統(tǒng)成本，就要求將許多以前用硬件實(shí)現(xiàn)的功能軟件化，原來(lái)由多個(gè)DSP完成的工作由一塊DSP完成，DSP要能夠同時(shí)完成多個(gè)相同或不同的任務(wù)而相互之間沒有影響。其次為了產(chǎn)品的維護(hù)和升級(jí)，要求軟件盡可能地模塊化，使用語(yǔ)言如C來(lái)編程，有統(tǒng)一的接口API.所有這些新的要求，都需要使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。以往直接將應(yīng)用程序運(yùn)行于裸機(jī)之上的作法顯然已經(jīng)不再適用了。德州儀器推出的 DSP/BIOS技術(shù)正是基于其多年從事DSP研制生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，為開發(fā)者量身定做的一個(gè)軟件平臺(tái)。 更可貴的是該操作系統(tǒng)是的，這為眾多的中小用戶使用DSP打開了方便之門。

　　1 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與一般意義上的操作系統(tǒng)（如Windows, Unix等）的主要差別就在于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供了一種機(jī)制，使得運(yùn)行于其上的應(yīng)用程序都能夠滿足實(shí)時(shí)性的要求。 在Windows中常見的沙漏現(xiàn)象（即用戶等待現(xiàn)象）在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中是不允許的。因?yàn)檫@可能造成通訊中斷，馬達(dá)損毀等災(zāi)難性的結(jié)果。 DSP/BIOS是特別針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，運(yùn)行于德州儀器C5000,C6000系列的DSP之上的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 DSP/BIOS實(shí)際上是一個(gè)可調(diào)用的系統(tǒng)模塊API的集合。以下就各個(gè)模塊分別加以介紹。

　　2 LOG

　　在開發(fā)的時(shí)候通常需要使用printf（）來(lái)顯示當(dāng)前狀態(tài)。但是printf（）是非常花費(fèi)時(shí)間的函數(shù)而且不具有實(shí)時(shí)性。因?yàn)镈SP需要對(duì)顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，整理成合適的顯示格式，并調(diào)用輸出顯示模塊。所以在一個(gè)實(shí)時(shí)性要求很高的應(yīng)用中，對(duì)printf（）的調(diào)用可能會(huì)使系統(tǒng)根本無(wú)法滿足實(shí)時(shí)要求。在DSP/BIOS中引入了一個(gè)相應(yīng)的函數(shù)LOG_printf（）。該函數(shù)是LOG 對(duì)象的一個(gè)方法（或調(diào)用函數(shù)〕。LOG對(duì)象本質(zhì)上是一個(gè)32bit的整形數(shù)，其高低16bit分別代表要顯示的兩個(gè)數(shù)據(jù)。例1是分別使用printf（）和LOG_printf（）作比較的示范程序：

　　#include

　　/* Header files needed for DSP BIOS */

　　#include

　　#include

　　/* functions */

　　void func_printf（）；

　　void func_LOG_printf（）；

　　/* Objects created by the Configuration Tool */

　　extern LOG_Obj logTrace;

　　/*

　　*======== main ========

　　*/

　　void main （）

　　{

　　return;

　　}

　　void func_printf（int time）

　　{

　　printf（″Strart printf demo ″）；

　　printf（″Current time=%d ″ , time）；

　　printf（″End printf demo ″）；

　　return;

　　}

　　void func_LOG_printf（int time）

　　{

　　LOG_printf（&logTrace,″Strart LOG_printf demo ″）；

　　LOG_printf（&logTrace, ″Current time=%d ″  time）；

　　LOG_printf（&logTrace, ″End LOG_printf demo ″）；

　　return;

　　}

　　func_printf（）和func_LOG_printf（）由DSP內(nèi)時(shí)鐘控制每100ms周期性地分別調(diào)用。通過(guò)對(duì)printf（）和LOG_printf（）運(yùn)行時(shí)間作比較發(fā)現(xiàn)，在C6211運(yùn)行在150MHz的情況下，printf（）需花費(fèi)4000個(gè)周期約26.7μs,LOG_printf（）只花費(fèi)36個(gè)周期約0.24μs.printf（）比LOG_printf（）多開銷100倍以上的時(shí)間，因此LOG_printf（）對(duì)于實(shí)時(shí)地顯示一些運(yùn)行狀態(tài)是非常有幫助的。而且對(duì)于熟悉C語(yǔ)言的開發(fā)者來(lái)說(shuō)，LOG_printf（）的調(diào)用格式幾乎與printf（）完全一樣。

　　3 STS

　　對(duì)一個(gè)軟件進(jìn)行分析優(yōu)化時(shí)，通常會(huì)用到profile的功能。但是在實(shí)時(shí)運(yùn)行的DSP的環(huán)境中使用profile等效于加入了多個(gè)程序斷點(diǎn)。 由于現(xiàn)在的DSP通常具有很深的流水線結(jié)構(gòu)來(lái)保證DSP的高運(yùn)算能力，如德州儀器的C6000系列的流水線長(zhǎng)度為12級(jí)，程序斷點(diǎn)需要排空所有已經(jīng)進(jìn)入流水線的指令。這樣也就破壞了真正的運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)profile還必須調(diào)用輸出模塊向主機(jī)傳遞時(shí)間信息。因此在profile的情況下真正的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境是沒有辦法得到保護(hù)的。DSP/BIOS針對(duì)這種情況引入了一個(gè)統(tǒng)計(jì)模塊STS.STS對(duì)象只有4個(gè)數(shù)據(jù)Previous、Count、Total和Max.調(diào)用的方法（API）也只有4個(gè)，即STS_add（）， STS_set（）， STS_delta（）和STS_reset（）。這些API對(duì)數(shù)據(jù)的操作功能如表1所示。

　　表1 STS模塊方法（API）的功能

　　如果要對(duì)某一段程序進(jìn)行分析時(shí)，只需在其前后調(diào)用STS_set和STS_delta就可以了。如例2使用STS測(cè)試程序段執(zhí)行周期如下：

　　/* Header files needed for DSP BIOS */

　　#include

　　#include

　　/* functions */

　　void func_load（）；

　　/* Objects created by the Configuration Tool */

　　extern STS_Obj stsLoad;

　　/*

　　* ======== main ========

　　*/

　　void main（）

　　{

　　/* fall into DSP/BIOS idle loop */

　　return;

　　}

　　void func_load（）

　　{

　　STS_set（&stsPrintf, CLK_gethtime（））；

　　/* 測(cè)試程序段 */

　　…

　　STS_delta（&stsPrintf, CLK_gethtime（））；

　　}

　　func_load（）為一個(gè)中斷服務(wù)程序（ISR）。在C6211,150MHz的情況下，僅插入33個(gè)周期，約0.22μs.

　　4 任務(wù)調(diào)度（HWI/SWI/TSK）

　　一個(gè)操作系統(tǒng)的永遠(yuǎn)都是任務(wù)的調(diào)度。在DSP/BIOS中任務(wù)的調(diào)度是通過(guò)HWI、SWI和 TSK 三個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這三個(gè)模塊分別對(duì)應(yīng)于不同的調(diào)度方法。HWI即硬件中斷。在 DSP/BIOS中硬件中斷主要負(fù)責(zé)從外部設(shè)備中讀寫數(shù)據(jù)。由于硬件中斷直接與硬件打交道，所以對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR應(yīng)該盡可能地短小精悍。需要注意的是HWI并不引起任務(wù)調(diào)度，因此在ISR的入口和出口成對(duì)地調(diào)用_HWI_enter（）和_HWI_exit（）這兩個(gè)宏是必須的。HWI在處理完數(shù)據(jù)的輸入輸出后調(diào)用SWI_post（）來(lái)調(diào)度相應(yīng)的軟件中斷，SWI來(lái)完成數(shù)據(jù)處理工作。SWI是 DSP/BIOS任務(wù)調(diào)度的，共有14個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)優(yōu)先級(jí)可以有多個(gè)任務(wù)。SWI任務(wù)是搶斷式的，即高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可以搶斷低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。但是SWI任務(wù)是不可阻塞的。它的運(yùn)行狀態(tài)如圖1所示。

　　所有SWI任務(wù)共享一個(gè)堆棧，SWI任務(wù)只能在程序編制時(shí)預(yù)先定義好。DSP/BIOS中對(duì)任務(wù)的動(dòng)態(tài)產(chǎn)生和對(duì)阻塞狀態(tài)的支持是通過(guò)TSK模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。TSK有15個(gè)優(yōu)先級(jí)，也是可以搶斷的，但是每個(gè)TSK任務(wù)使用獨(dú)立的堆棧。TSK任務(wù)是通過(guò)TSK_create（）和TSK_delete（）來(lái)動(dòng)態(tài)生成和結(jié)束的。它的運(yùn)行狀態(tài)如圖2所示。

　　5 同步（SEM/ATM/QUE/MBX）

　　多任務(wù)系統(tǒng)中多個(gè)任務(wù)之間的協(xié)調(diào)同步工作可以通過(guò)多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用方法如信號(hào)量、原子量、隊(duì)列和郵箱等。在DSP/BIOS中對(duì)這些方法的支持分別通過(guò)模塊SEM、ATM、QUE和MBX來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于這些方法的使用與一般的操作系統(tǒng)完全一樣，在這里就不再贅述了。僅就靈活的在SWI中使用Mailbox的方法來(lái)加以簡(jiǎn)單地說(shuō)明。每個(gè)SWI任務(wù)都帶有一個(gè)Mailbox,對(duì)它的操作可以是計(jì)數(shù)型的SWI_inc（）， SWI_dec（） 也可以是比特位操作型的 SWI_or（）， SWI_andn（）。Mailbox控制SWI任務(wù)被調(diào)度的條件。這些操作的功能如表2所示。

　　表2 SWI中Mailbox的操作功能

　　or操作是將Mailbox中的某一位置1,同時(shí)引起SWI任務(wù)的調(diào)度。當(dāng)一個(gè)SWI任務(wù)可能由多個(gè)事件觸發(fā)時(shí)，使用or操作可以方便地表示出觸發(fā)的事件。如例3使用or操作指示觸發(fā)事件：

　　andn操作是將Mailbox中的某一位清0,如果Mailbox為0,則引起SWI任務(wù)的調(diào)度。一個(gè)SWI任務(wù)需要多個(gè)條件都滿足時(shí)才運(yùn)行的情況下，使用andn操作可以方便地表示出這些條件的狀態(tài)。如例4用andn操作來(lái)表示多條件時(shí)SWI任務(wù)調(diào)度：

　　inc和dec操作則更加靈活，用戶可以借此實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。需要注意的是，inc操作總是引起任務(wù)調(diào)度，而dec操作僅在Mailbox減到0時(shí)才引起任務(wù)調(diào)度。

　　6 通訊（PIP/SIO/HST）

　　一個(gè)系統(tǒng)如何從外部設(shè)備中取得數(shù)據(jù)，向外部設(shè)備輸出數(shù)據(jù)，如何在兩個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)正常交換是多樣靈活的。但是這種多樣性也給軟件的維護(hù)升級(jí)以及模塊化工作帶來(lái)許多不利因素。因此在保持多樣性的同時(shí)，保持接口的一致性對(duì)于一個(gè)軟件來(lái)說(shuō)是非常有幫助的?？紤]到DSP大多數(shù)是通過(guò)某種類型的串行接口如中繼線E1、IIS、SPI、同步串行口等與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的，所以在DSP/BIOS中提供了兩種非常有用的接口對(duì)象PIP和 SIO.

　　PIP對(duì)象包含一個(gè)緩沖隊(duì)列，與之對(duì)應(yīng)的有兩個(gè)任務(wù)讀和寫。圖3很好地說(shuō)明了PIP的邏輯關(guān)系和操作方式。例5,例6分別是一個(gè)PIP對(duì)象對(duì)應(yīng)的讀任務(wù)和寫任務(wù)的示范程序。

　　例5 PIP對(duì)應(yīng)的讀任務(wù)：

　　extern far PIP_Obj pip;

　　reader（）

　　{

　　Uns size;

　　Ptr addr;

　　if（PIP_getReaderNumFrames（&pip）>0）

　　{

　　PIP_get（&pip）；

　　addr=PIP_getReaderAddr（&pip）；

　　size=PIP_getReaderSize（&pip）；

　　/*Code to empty the frame*/

　　PIP_free（&pip）；

　　}

　　else{

　　LOG_error（″no frames available″）；

　　/* or you could just return;*/

　　}

　　}

　　例6 PIP對(duì)應(yīng)的寫任務(wù)：

　　extern far PIP_Obj pip;

　　writer（）

　　{

　　Uns size;

　　Ptr addr;

　　if（PIP_getWriterNumFrames（&pip）>0）{

　　PIP_alloc（&pip）；

　　addr=PIP_getWriterAddr（&pip）；

　　size=PIP_getWriterSize（&pip）；

　　/* fill the frame up to size */

　　PIP_put（&pip）；

　　}

　　else{

　　LOG_error（″no frames available″）；

　　/* or you could just return;*/

　　}

　　}

　　由邏輯關(guān)系可以看到，通過(guò)使用PIP應(yīng)用程序可以保持一個(gè)簡(jiǎn)單統(tǒng)一接口而不必關(guān)心具體的硬件操作，因此當(dāng)該軟件移植到不同環(huán)境中時(shí)，至多只需要改寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。使用PIP的一個(gè)具體實(shí)例就是HST模塊。HST模塊在主機(jī)和DSP之間建立起一條數(shù)據(jù)鏈路，該鏈路就是一個(gè)PIP對(duì)象。對(duì)HST的操作方式與PIP一致。其差別僅僅在于HST在初始化時(shí)指向了預(yù)定義的DSP上的HPI接口而已。

　　SIO:從PIP的邏輯關(guān)系可以看出，讀寫PIP就是一個(gè)數(shù)據(jù)拷貝的過(guò)程。這在某些應(yīng)用中，如實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP時(shí)，不是非常有效。因?yàn)閿?shù)據(jù)每向上傳遞一層就需要進(jìn)行數(shù)據(jù)拷貝，其效率非常差。如果采用SIO來(lái)實(shí)現(xiàn)就會(huì)有很大的改善。SIO的操作只有g(shù)et（）和 put（）兩種。與PIP不同的是SIO沒有自己的緩沖隊(duì)列。每次get（） 或 put（） 操作時(shí)都會(huì)在應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間交換緩沖的指針。所以SIO操作的實(shí)質(zhì)是數(shù)據(jù)地址的交換。由于沒有數(shù)據(jù)拷貝，其運(yùn)行效率就很高。SIO的運(yùn)行邏輯如圖4所示。

　　7 RTDX

　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換Real-Time-Data-eXhange是DSP/BIOS提供的一個(gè)全新的功能。在很多應(yīng)用中要求DSP不能夠停下來(lái)，而需要從主機(jī)中實(shí)時(shí)地讀取數(shù)據(jù)或者向主機(jī)實(shí)時(shí)地輸出數(shù)據(jù)。德州儀器的C5000,C6000系列的DSP都可以通過(guò)JTAG接口來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　RTDX在主機(jī)端可以與任何符合OLE接口的應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)。例7是一個(gè)使用RTDX在主機(jī)和DSP之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的例子。主機(jī)端是一個(gè)基于VB的小程序。

　　例7 DSP程序：

　　#include

　　RTDX_CreateInputChannel（writeload）；

　　RTDX_CreateOutputChannel（readload）；

　　int main（）

　　{

　　RTDX_enableInput（&writeload）；

　　RTDX_enableOutput（&readload）；

　　return;

　　}

　　void doExchange（）

　　{

　　if（！RTDX_channelBusy（&writeload））{

　　RTDX_readNB（&writeload,&loadVoal,sizeof（load-Val））；

　　}

　　RTDX_write（&readload,&loadVal,sizeof（loadVal））；

　　}

　　使用VB編制的主機(jī)端程序

　　set r=CreateObject（"RTDX"）

　　status=r.open（"readload","R"）

　　set w=CreateObject（"RTDX"）

　　status=w.open（"writeload""W"）

　　status=r.ReadI4（data）

　　status=w.WriteI4（value,bufferstate）

　　綜上所述，DSP/BIOS針對(duì)DSP的應(yīng)用環(huán)境，通過(guò)一系列的對(duì)象模塊向開發(fā)者提供了一個(gè)實(shí)用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它可以幫助用戶提高軟件的模塊化、并行性和維護(hù)性等，有利于降低系統(tǒng)成本和縮短開發(fā)周期。同時(shí)由于它是的，可以預(yù)計(jì)DSP/BIOS將對(duì)DSP技術(shù)在中國(guó)的推廣使用起到積極的推動(dòng)作用。