国立中央大学资讯工程学系大学部专题报告20450.docx
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1、國立中央大大學資訊工工程學系大學部專題題報告Embeddded Appllicattion MP3 PPlayeer onn Duaal-Prrocesssor Platfform OMAPP15100指導教授 : 吳曉曉光 老師師學生 : 資工44A 侯凱凱元 資資工4A 黃致致遠中華民國992年100月目錄第一章 序論61- 1 研究動動機.71- 2 專題目目標.81- 3 工作流流程.91- 4 開發環環境與設備備110第二章 德州儀器OOMAP 開發套件件102- 1 OMAAP介紹10 2-1.1 OOMAP是是什麼?.10 2-1.2 DDSP的優優點.1112- 2 OMAAP
2、 Arrchittectuure介紹紹.122 2-2-1 OMMAP15510 硬硬體架構.12 2-2.2 OMMAP15510軟體體架構.112 2-2.3 DSSP / BIOSS Briidge簡簡述.132- 3 TI Innoovatoor套件 - OMMAP15510.14 2-2.1 GGenerral PPurpoose pproceessorr - ARM9925T.144 2-2.2 DDSP pproceessorr - TMS3220C555x 15 2-2.3 IIDE TTool CCSS 15 2-2.4 PPerippheraal .16第三章 在OMAPP
3、15100上建構EEmbeddded Linuux Syystemm.1773- 1 嵌入式式工具1173-1.11 嵌入入式程式開開發與一般般程式開發發之不同.173-1.22 Crross Comppilinng的GNNU工具程程式183-1.33 建立立ARM-Linuux Crross-Comppilinng 工具具程式.193-1.44 Seeriall Commmuniicatiion PProgrram.2003- 2 Porrtingg kerrnel.213-2.11 Seetup CCS .213-2.22 編譯譯及上傳LLoadeer.23 3-22.3 編譯及上上傳Ke
4、rrnel.243- 3 建構RRoot Filee Sysstem.2663-3.11 Fllash ROM.2663-3.22 NFFS moountiing.273-3.33 支援NNFS MMountting 的kerrnel.2273-3.44 提供供NFS Mounntingg Serrvicee2293-3.55 DHHCP SServeer3113-3.66 Liinux roott 檔案系系統.3223- 4 啟動及及測試Innnovaator音音效裝置.3333- 5 建構支支援DSPP proocesssor的環環境.343-5.11 Soolutiion - DDSP
5、GGatewway簡介介.3443-5.22 DSSP GGatewway運作作架構.353- 6 架設DDSP Gateeway.363-6.11 重編編kernnel.3663-6.22 DEEVFS drivver.3363-6.33 編譯譯DSP tooll和APII.3773-6.44 測試試.377第四章 MP3 PPlayeer.3884- 1 MP33 介紹.3884- 2 MP33 壓縮原原理.394- 3 Linnux MMP3 pplayeer spllay.4114.3-11 spllay介紹紹.4114.3-22 spllay 編編譯.4114.3-33 spllay
6、 的的使用說明明.41第五章 程式改寫.4425-1 程程式評估與與改寫.425-1.11 Innter-Proccessoor Coommunnicattion Scheeme.425-1.22 ARRM paart pprogrrammiing.425-1.33 DSSP paart pprogrrammiing.425-2 程程式碼.435-3 雙雙處理器程程式開發注注意事項.47第六章 效能評估估與討論486-1 速度.486-2 CPU負負載.496-3 討論.496-3.11分工處理理的經濟效效益.496-3.22音質v.s 浮點點與定點運運算.4996-3.33 DSPP Gat
7、tewayy架構的限限制.506-3.44減少IO溝通.5006-3.55網路掛載載Filee Sysstem的的Delaay.51第七章 結論心得得.552第一章 序論1- 1研研究動機近年來PDDA、手機機等無線裝裝置上發展展的趨勢、對對複雜的多多媒體應用用發展越來來越多,最最新的2.5G和33G手機就就是一個很很好的例子子,它們整整合了MPP3音訊和和MPEGG4視訊等等多媒體功功能。也因因此在20001年,德德州儀器公公司推出開開放式多媒媒體應用平平台(Oppen MMultiimediia Apppliccatioon Pllatfoorm;簡簡稱OMAAP)之設設計。OMAPP 是
8、一套套先進的架架構 ;它它最大的特特色是整合合了一顆 ARM RISSC 處理理器 、 一顆低功功率消耗的的高效能TTMS3220C555x 數位位信號處理理器 ( DSP )。把運運算工作平平均分配給給 RISSC 以 及 DSSP處理器器,使系統統發揮最大大的運算能能 , 而而不會浪費費電池的電電力。無疑疑的,這個個新架構OOMAP的的推出,在在多媒體功功能等傳統處理理器不易實現的的應用開發發上,有很很大的潛力力且值得嘗嘗試。我們可以發發現到,目目前網路上上有很多可可以跑在RRISC處處理器的應應用程式可可下載,但但是卻沒有有RISCC與DSPP整合的程程式-我們在此此先稱之DDSP ee
9、nhannced appllicattionss。畢竟,OOMAP這這個架構算算近兩年才才推出,發發展的時間間不算長,有有很多值得得嘗試的地地方,因此此我們才會會想在德州州儀器的OOMAP11510 硬體平台台上發展嵌嵌入式系統統應用,並並嘗試開發發DSP enhaancedd appllicattionss。1-2 專題目標標我們手邊有有的硬體是是:德州儀儀器的OMMAP15510硬體體平台,它它最大的特特色是雙雙處理器,它整合合一顆Geeneraal puurposse 處理理器ARMM與一顆DDSP處理理器。我們們的專題就就是針對這這硬體平台台,來建構構嵌入式系系統環境,並並期望能嘗嘗試
10、開發運運用到兩顆顆處理器的的應用程式式。我們這次專專題的目標標為: 移植(Poortinng) LLinuxx到新的硬硬體平台OOMAP11510 建構完整的的嵌入式LLinuxx環境 使ARM與與DSP兩兩個處理器器能夠順利利溝通。 撰寫雙處理理器間溝通通的程式。嘗嘗試將apppliccatioonLinuux MPP3 Pllayerr,改寫成成 DSPP-enhhanceed apppliccatioon,使兩兩個處理器器分工運算算執行。1-3 工作流程程認識OMAP Architecture熟悉我們的硬體OMAP Innovator建立嵌入式系統工具熟悉DSP程式開發工具CCS使用、評
11、估CCS提供的DSP函式庫移植OMAP Linux Kernel閱讀MP3 ISO標準文件學習寫DSP程式(使用C語言)建立並掛載Root檔案系統 Trace MP3 player splay程式碼建立嵌入式系統環境瞭解MP3 decode,trace解碼部分的程式碼啟動OMAP音效並測試決定邀由DSP分擔MP3解碼的程式部分架設ARM與DSP 溝通環境訂好Inter-processor communication scheme練習雙處理器間的溝通程式寫MP3 player的DSP端程式改寫MP3 player的ARM端程式測試與debugDSP enhancedMP3 player效能評估分
12、析1-4 開發環境境與設備硬體:(11) TII OMAAP15110 Innnovaator (2) ACEE USBB emuulatoor (3) 2台PPC軟體:(11) Liinux與與Winddows22000 (2) CCSS 2.00(Codde Coomposser SStudiio),在在Winddows端端 (3) 嵌入式式系統工具具組(如:crooss ccompiiler等等),在Linuux端第二章 德德州儀器OOMAP開開發套件2-1 OMAPP介紹為何OMAAP能夠因因應時代的的需求,以下我們們將簡單說說明OMAAP的優勢勢,與傳統的的單核心的的差異。2-1.1
13、1 OMAAP是什麼麼?OMAP是是一套先進進的架構,為無線市市場提供了了一套系統統解決方案案,OMAPP可以在一一顆晶片上上,將許多軟軟硬體組件件完美整合合在一起,包括:一套軟體體基礎架構構、一顆AARM RISCC處理器、一一顆低功率率消耗的高高效能TMMS3200C55xx數位信號號處理器(DSP)以及一套套分享式的的記憶體架架構。透過過一組標準準的應用程程式界面,OOMAP 軟體架構構也可支援援先進的作作業系統和和應用軟體體;此外,TTI還發展出出一套獨特特的DSPP/BIOOS BBridgge架構(2.2.3會介紹紹),讓設設計人員利利用最好的的方式,把把運算工作作平均分配配給RI
14、SSC以及DDSP處理理器,使系系統發揮最最大的運算算效能,而而不會浪費費電池的電電力。OMAP是是一種開放放式的架構構,並提供供了一套標標準界面,因因此可幫助助協力廠商商發展新的的應用軟體體或是增加加新的功能能。OMAAP架構可可移植到任任何一種無無線裝置作作業系統,而而它的應用用軟體也相相容於絕大大多數的作作業系統。OMAP架架構擁有一一種獨特能能力,可以以在無線網網路家電上上,同時提提供極高的的工作效能能以及非常常省電的特特性,因此此,OMAAP架構已已逐漸成為為產業的實實質標準。 2-1.22 DSPP的優點為了支援多多媒體內容容和廣告、視視訊會議、語語音辨識以以及其它的的應用,許許多
15、無線家家電已開始始提供全動動畫視訊的的播放功能能,使DSSP技術更更顯得重要要。DSP確實實可提供更更好的電力力消耗運運算效能特特性,因為為在基本上上,視訊與與音訊的播播放都是一一種信號處處理工作,而而DSP的的主要設計計目標,就就是為了支支援信號處處理運算。相相較於RIISC處理理器,DSSP元件在在每個時脈脈週期內只只會消耗更更少的電力力。而且DDSP元件件只要用更更少的指令令,就可完完成一個重重複大量數數學運算的的演算法,並並可以在一一個時脈週週期內執行行更多的指指令。只憑一顆RRISC處處理器,那那麼第二個個應用(例例如視訊)的的執行就會會受到影響響,由於受受限於RIISC CCPU本
16、身身信號處理理能力的限限制,RIISC處理理器必須中中斷目前的的工作,以以便處理智智慧型電話話的要求。相相較之下,OOMAP架架構卻能讓讓DSP與與RISCC處理器並並行工作,讓讓OEM在在使用DSSP功能的的同時,讓讓RISCC執行擅長長的命令與與控制功能能。 2- 2 OMAAP15110 Arrchittectuure介紹紹我們所使用用的OMAAP型號為為OMAPP15100,它包含含是一個雙雙處理器的的架構,其其中一顆是是常用在當當行動裝置置上的RIISC Proccessoor - TII925TT ARMM9TDMMI Coore,另另一顆是用用來做訊號號處理的DDSP- TMSS
17、320CC55x DSP Coree。2-2-11 OMAAP15110 硬體體架構OMAP11510平平台由一個個微處理器器子系統(ARM),一個DDSP子系系統,一個個記憶體介介面流量控控制器、一一些專用的的多媒體應應用週邊設設備(MWWA)和一一個多工介介面構成。流量控制器器(TC)用於控制制對外部記記憶體的存存取,其最最高工作頻頻率為755MHz,OMAPP內還有1192K的的內部記憶憶體,由AARM和DDSP共享享。但只有有ARM才才能配置DDSP中的的MMU(記憶體映映射單元),因而決決定DSPP應以怎樣樣的方式存存取這些資資源。2-2.22 OMAAP15110軟體架架構基於AR
18、MM的用戶並並不需要知知道元件中中還有DSSP。他們們可能希望望開發環境境仍與單核核心處理器器時的開發發環境相同同。換句話話說,他們們希望將DDSP完全全抽離出來來。於是,為為了使元件件中DSPP的存在變變得透明,TTI導入了了DSP橋橋和多媒體體引擎(多多媒體網路路閘道)的的概念。DDSP橋為為ARM和和DSP設設立連接,可將將其看作同同時存在於於兩個核心心中的軟體體層,DSSP橋主要要用來向AARM上執執行的多媒媒體引擎導導出一組AAPI,以以便其存取取DSP資資源。而多多媒體引擎擎則向應用用軟體導出出一組標準準API,這這些APII正是應用用軟體開發發商所熟悉悉的。以下為OMMAP155
19、10架構構圖: General-purpose processorGPP OSDSP managerOS adaptor DSSP/BIIOS BBridgge DSP task and I/O controlDSP OSOS adaptorTMS320 DSP2-2.33 DSPP / BBIOS Briddge簡述述OMAP架架構擁有強強大的功能能以及易於於使用的特特性,其中中關鍵就在在於DSPP/BIOOS Brridgee,它提供供了一個整整合完美、易易於使用的的DSP界界面給應用用軟體發展展人員,讓讓廠商在發發展RISSC應用程程式的時候候,可透過過一組標準準的應用程程式界面來來使用
20、與控控制DSP的執行行環境。使用了OMMAP平台台之後RIISC,作業系統統核心仍會會負擔相同同的職責,就就像系統只只包含了一一顆RISSC處理器器,但只要要透過DSSP/BIIOS Briddge的協協助,軟體體發展人員員就可以把把需要大量量運算的功功能交給DDSP元件件,讓DSSP以非同同步的方式式來執行這這些功能,並並且不會佔佔用RISSC處理器器核心的排排程資源。2-3 TI IInnovvatorr套件 - OMMAP15510TI Innnovaator 套件提供供我們能夠夠輕鬆的發發展應用程程式,套件件包含OMMAP15510開發發平台以及及CCS(Codee Commposee
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