目前，視訊終端一般是基于X86結(jié)構(gòu)的，在成本、穩(wěn)定性、噪聲、使用、安全和維護(hù)等方面存在著一系列急需解決的問題。解決的辦法是采用嵌入式架構(gòu)，開發(fā)基于主從雙處理器的終端，從處理器完成媒體處理，主處理器完成協(xié)議和上層應(yīng)用。這種終端具有成本低、穩(wěn)定性高的特點。在這種系統(tǒng)中，主從處理器之間的數(shù)據(jù)傳遞方式對性能影響很大，主要的方式包括事件驅(qū)動和消息驅(qū)動兩種模式。本文綜合二者的優(yōu)點，提出一種基于共享內(nèi)存池傳遞數(shù)據(jù)的新方法。
1 系統(tǒng)硬件平臺及軟件架構(gòu)
　　系統(tǒng)硬件包括MIPS(充當(dāng)主控芯片HOST)和多個DSP(可以是DM642、TM1502等多種DSP)，通過PCI總線傳遞命令和數(shù)據(jù)。屏蔽硬件細(xì)節(jié)，可以視其為以PCI總線成樹型聯(lián)結(jié)的分布式系統(tǒng)，如圖1所示。

　　在圖1中，DSP芯片組完成視音編解碼" title="編解碼">編解碼、本地圖像的獲取和顯示，任務(wù)單一，被視為協(xié)處理器" title="協(xié)處理器">協(xié)處理器族；HOST芯片在本系統(tǒng)中是MIPS，對上完成協(xié)議棧，對下完成打拆包后的數(shù)據(jù)收發(fā)以及對協(xié)處理器的控制(包括協(xié)處理器增加、配置、工作狀態(tài)設(shè)定、任務(wù)分配與均衡、協(xié)處理器刪除等功能)。HOST和協(xié)處理器族通過PCI總線互聯(lián)，所有控制命令和數(shù)據(jù)都通過PCI總線傳遞。
　　屏蔽硬件差別，該系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)可以抽象成如圖2所示形式。

　　主從兩側(cè)分別提供相應(yīng)的驅(qū)動，通過驅(qū)動層相互作用。協(xié)處理器一側(cè)的驅(qū)動分成各個芯片的驅(qū)動，位于各個芯片系統(tǒng)中。傳遞的信號或數(shù)據(jù)流都簡化為通道上的命令和數(shù)據(jù)；每個協(xié)處理器視為一個節(jié)點；協(xié)處理器的啟用/停止/任務(wù)改變視為節(jié)點的增/刪/節(jié)點狀態(tài)改變。
2 數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)計
2.1 節(jié)點的狀態(tài)及管理
　　在多處理器平臺上，協(xié)處理器被視為處理器網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點，每個節(jié)點就是一個DSP處理器。對于每個節(jié)點，可能處在多路" title="多路">多路視(音)頻編碼，也可能處在多路視(音)頻解碼，或者同時進(jìn)行多路視(音)頻編/解碼。因此，節(jié)點的狀態(tài)定義為對一路視(音)頻而言所處的編解碼狀態(tài)，即一個通道的狀態(tài)，DSP節(jié)點的狀態(tài)是各通道視(音)頻處理狀態(tài)的合集。從而可以將各通道粗略地分成4個狀態(tài)：
　　(1)RESET狀態(tài)
　　系統(tǒng)啟動，DSP尚未運(yùn)行時，為了降低系統(tǒng)功耗，所有DSP處于硬件復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)HOST要求DSP推出服務(wù)時，將DSP硬件復(fù)位，即回到復(fù)位狀態(tài)。此時編解碼算法尚在HOST處。
　　(2)IDLE狀態(tài)
　　HOST的資源分配算法要求啟用DSP時，退出DSP硬件復(fù)位，DSP引導(dǎo),并下載軟件及算法，DSP空轉(zhuǎn)，各路編解碼器處于待命狀態(tài)。為簡單起見，此時應(yīng)同時下載編、解算法，避免分步下載。
　　(3)CODER狀態(tài)
　　DSP僅執(zhí)行編碼，包括視頻和音頻算法?？梢灾С侄嗦罚惴☉?yīng)可重入。
　　(4)DECODER狀態(tài)
　　DSP僅執(zhí)行解碼，包括視頻和音頻算法。可以支持多路，算法應(yīng)可重入。
　　為了驅(qū)動DSP在以上狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，定義一組命令字，由HOST發(fā)給DSP，驅(qū)動DSP的狀態(tài)變化。命令字的含義如下：
　　(1)Create/Delete：DSP處于RESET狀態(tài)時，發(fā)出Create命令，引導(dǎo)DSP，并向DSP下載視音頻" title="視音頻">視音頻編解碼算法，DSP進(jìn)入IDLE狀態(tài)；當(dāng)DSP退出運(yùn)行時，發(fā)出Delete命令，DSP進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。
　　(2)Enc(vEnc/aEnc)：可細(xì)分為視頻編碼和音頻編碼。當(dāng)發(fā)出該命令時，DSP進(jìn)入CODER狀態(tài)，同時進(jìn)行多路視音頻編碼。
　　(3)Dec(vDec/aDec)：可細(xì)分為視頻解碼和音頻解碼。當(dāng)發(fā)出該命令時，DSP進(jìn)入DECODER狀態(tài)。
　　(4)Pause(vPause /aPause)：可細(xì)分為視頻編解碼和音頻編解碼。當(dāng)發(fā)出該命令時，DSP進(jìn)入IDLE狀態(tài)。
　　在上層軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)" title="數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)">數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，以鏈表來管理DSP節(jié)點，增加一路視音頻對應(yīng)鏈表節(jié)點的插入，減少一路視音頻對應(yīng)鏈表節(jié)點的刪除，視音頻節(jié)點分別在兩個鏈表中排列。
2.2 命令/數(shù)據(jù)的傳遞通道及其編碼形式
　　HOST和CO-PROCESSOR族通過PCI總線連接，之間的命令、狀態(tài)、數(shù)據(jù)可以通過郵箱、旗語等方式傳遞，實現(xiàn)方式可以是共用存儲器，也可以是中斷，前者的優(yōu)點是簡單、容易實現(xiàn)，不足是實時性不夠，而后者剛好相反。
　　在本設(shè)計中，采用共用存儲器傳遞命令和數(shù)據(jù)，而以中斷發(fā)起申請。不論命令、數(shù)據(jù)，也不論HOST/DSP，發(fā)起方首先填充信息模板和緩沖區(qū)，然后以中斷提起申請，最后以旗語提供校驗。
2.2.1 消息模板的構(gòu)成
　　為了提供主從處理器之間的數(shù)據(jù)鏈路，在每個DSP的內(nèi)存中設(shè)置信息模板和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　· DSP Index：HOST的DSP節(jié)點管理器分配給該DSP的索引號，此處用于DSP查詢自己的任務(wù)管理器，僅作校驗。
　　· Channel Index：HOST要求操作的DSP中的索引號，不同的DSP分別編排不同索引號，同一DSP中不同的任務(wù)序列，如編碼和解碼序列，可能出現(xiàn)相同的索引號。
　　· perateMode(操作模式)：
　　MSB＝0　　　　該信息模板由HOST填寫
　　MSB＝1　　　　該信息模板由DSP 填寫
　　操作模式字段和后面的參數(shù)區(qū)共同確定特定DSP上一個通道的操作，屏蔽最高位，該字段的值和操作建立對應(yīng)關(guān)系。
　　· OperateState(操作狀態(tài))： 操作狀態(tài)描述主從處理器的同步關(guān)系，分兩個字段。高字段作備份，用于不采用中斷情況下的同步控制；低字段描述操作過程中主從之間的握手關(guān)系。

　　SyncReq同步申請：是中斷同步方式的備份。一般情況下，發(fā)起者發(fā)出中斷，通知被操作方閱讀信息模板的內(nèi)容；在備份方式下，發(fā)起方通過該字段置位通知被操作方，并由被操作方改寫該字段表示已完成。
　　SyncReq的取值：
　　SYNC_NO_ACK /0：缺省狀態(tài)，標(biāo)識沒有閱讀。同于不發(fā)起中斷
　　HOST_ACK_DSP /128＋1：HOST發(fā)出的請求DSP 閱讀模板內(nèi)容命令
　　DSP_ACK_HOST /128＋2：DSP發(fā)出的請求HOST閱讀模板內(nèi)容命令
　　StateCode狀態(tài)碼：標(biāo)識主從處理器交互的狀態(tài)。
　　HOST_REQ_DSP_READ_MESSAGE /1：HOST填寫完成，要求DSP閱讀模板內(nèi)容
　　HOST_END_READ_MESSAGE /2：HOST結(jié)束閱讀模板內(nèi)容答復(fù)
　　HOST_SEND_DATA_OVER /3：HOST發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束
　　HOST_READ_DATA_OVER /4：HOST接收數(shù)據(jù)結(jié)束
　　DSP_REQ_READ_MESSAGE /5：DSP發(fā)出的請求閱讀模板內(nèi)容請求
　　DSP_END_READ_MESSAGE /6：DSP結(jié)束閱讀模板內(nèi)容答復(fù)
　　DSP_SEND_DATA_OVER /7：DSP發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束
　　DSP_READ_DATA_OVER /8：DSP接收數(shù)據(jù)結(jié)束
　　· DnldStartAddr(下行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)起始地址)：DSP填寫的下行數(shù)據(jù)的頭地址。
　　· DnldBlockLen(下行數(shù)據(jù)塊長度)：HOST填寫的下行數(shù)據(jù)的長度。
　　· UpldStartAddr(上行行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)起始地址)：HOST填寫的上行數(shù)據(jù)的頭地址。
　　· UpldBlockLen(上行數(shù)據(jù)塊長度)：DSP填寫的上行數(shù)據(jù)的長度。
　　· VideoEncPara(視頻編碼器參數(shù)表)：HOST填寫的生成視頻編碼器的參數(shù)表，或者DSP填寫的答復(fù)HOST查詢的參數(shù)表。
　　· VideoDecPara(視頻解碼器參數(shù)表)：HOST填寫的生成視頻解碼器的參數(shù)表，或者DSP填寫的答復(fù)HOST查詢的參數(shù)表。
　　· AudioEncPara(音頻編碼器參數(shù)表)：HOST填寫的生成音頻編碼器的參數(shù)表，或者DSP填寫的答復(fù)HOST查詢的參數(shù)表?？捎靡粋€數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達(dá)，此處暫空32字節(jié)。
　　· AudioEncPara(音頻解碼器參數(shù)表)：HOST填寫的生成音頻解碼器的參數(shù)表，或者DSP填寫的答復(fù)HOST查詢的參數(shù)表?？捎靡粋€數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達(dá)，此處暫空32字節(jié)。
　　· VideoCapturePara(視頻采集參數(shù)表)：HOST填寫的生成視頻采集器的參數(shù)表，或者DSP填寫的答復(fù)HOST查詢的參數(shù)表。
　　· VideoCapturePara(視頻顯示參數(shù)表)：HOST填寫的生成視頻顯示器的參數(shù)表，或者DSP填寫的答復(fù)HOST查詢的參數(shù)表。
　　· AudioCapturePara(音頻采集參數(shù)表)：HOST填寫的生成音頻采集器的參數(shù)表，或者DSP填寫的答復(fù)HOST查詢的參數(shù)表?？捎靡粋€數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達(dá)，此處暫空32字節(jié)。
　　· AudioPlayPara(音頻播放參數(shù)表)：HOST填寫的生成音頻采集器的參數(shù)表，或者DSP填寫的答復(fù)HOST查詢的參數(shù)表。可用一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達(dá)，此處暫空32字節(jié)。
2.2.2 消息模板的基本操作單元
　　(1)握手的方式
　　基本操作包括發(fā)起操作申請的方式和應(yīng)答邏輯。發(fā)起方填寫了信息模板后，要求應(yīng)答方閱讀模板，即發(fā)起操作申請，方式有兩種：一種是利用中斷。發(fā)起方提起中斷申請，應(yīng)答方通過中斷響應(yīng)或中斷查詢方式獲取請求并閱讀模板，然后清除中斷申請，表示該次操作完成。另一種是利用旗語，即發(fā)起方通過改寫信息模板的SynReq(同步申請)字段發(fā)起申請，應(yīng)答方通過查詢旗語獲取請求并閱讀模板，然后重置SynReq(同步申請)，表示該次操作完成。
　　(2)握手的協(xié)議
　　所有操作分成三類，即設(shè)置參數(shù)、查詢參數(shù)、傳輸數(shù)據(jù)。原則是數(shù)據(jù)的所有方發(fā)起傳輸。
　?、貶OST要求設(shè)置參數(shù)，包括視音頻編解碼器、視音頻輸入輸出的參數(shù)。圖4是設(shè)置參數(shù)的流程圖，其中(a)是HOST側(cè)的協(xié)議，(b)是DSP側(cè)的協(xié)議。
　?、贖OST要求下行視音頻數(shù)據(jù)，包括視音頻編解碼器的數(shù)據(jù)。本著數(shù)據(jù)的所有方發(fā)起傳輸?shù)脑瓌t，數(shù)據(jù)下行傳輸由HOST發(fā)起。圖5是下行參數(shù)的流程圖，其中(a)是HOST側(cè)的協(xié)議，(b)是DSP側(cè)的協(xié)議。
　?、跦OST要求上行視音頻數(shù)據(jù)，包括視音頻編解碼器的數(shù)據(jù)。此時傳輸?shù)陌l(fā)起方是DSP。過程與數(shù)據(jù)下行類似。
　　(3)信息模板的建立

　　信息模板位于DSP單元中，被HOST和DSP訪問，每個DSP都有一張信息模板。為了不影響DSP對內(nèi)存空間的自由使用，信息模板的位置并不是默認(rèn)的固定位置，而是在初始化階段由HOST和DSP協(xié)商確定其位置。
　　在本設(shè)計中，利用寄存器PCIMA傳遞信息模板基址，以中斷發(fā)起申請。
　　如圖6所示，將寄存器PCIMA內(nèi)容分成3段，即ADDRESS、VERIFY、RESEARVE字段。低2位保留，不使用；高位31～6為信息模板基址，可見基址必須64字節(jié)對齊。低位5～2為校驗字段，DSP填寫基址后，將VERIFY字段置0101，表示基址可用，發(fā)起中斷，要求HOST讀??；HOST響應(yīng)中斷，查詢VERIFY字段為0101后，讀取基址，將基址按位取反，VERIFY字段置1010，發(fā)起中斷，要求DSP校驗；DSP校驗無誤后開始正常操作。如果有錯誤，則DSP將VERIFY置為0011，ADDRESS字段填寫錯誤碼。