RF5架構(gòu)簡介

RF5是德州儀器TI公司新近推出的DSP軟件開發(fā)的起步代碼參考框架，它以DSP/BIOS為基礎(chǔ)，利用其中的數(shù)據(jù)處理元素和數(shù)據(jù)通信元素方便快捷地完成DSP軟件的設(shè)計與開發(fā)。RF5是RF的最新版本，其區(qū)別于RF1和RF3的顯著特點是其支持動態(tài)對象創(chuàng)建和支持線程（任務(wù)）掛起功能，因此適合系統(tǒng)較復(fù)雜的應(yīng)用場合。

RF5 主要實現(xiàn)三個功能，存儲管理，線程模型和通道封裝，對于不同的應(yīng)用，我們只需在這三個元素上做修改，而對于整個應(yīng)用程序，不用從頭設(shè)計，這樣大大簡化了開發(fā)者的開發(fā)難度，縮短了開發(fā)時間。
      RF5適用于包含大量的算法，且要求多線程，多通道的應(yīng)用，如圖像處理，多媒體應(yīng)用等，以Ti提供的實例mpeg2loopback為例，對RF5進行分析。
      RF5包含的元素有：
1 線程(Thread)：
      RF5框架包含四個基本的數(shù)據(jù)處理元素，處在最頂層的是線程，線程總是順序的執(zhí)行所包含的通道，線程在一個比較高級的級別上把數(shù)據(jù)組織在一起，他們可以與別的線程，設(shè)備驅(qū)動以及別的類似結(jié)構(gòu)進行通訊，在mpeg2lookback實例中，創(chuàng)建了三個線程分別是tskVideoInput， tskVideoOutput和tskProcess。每個線程都在不斷的等待消息，處理數(shù)據(jù)，并將結(jié)果發(fā)送給其他的線程，同時有可能還要發(fā)送同步消息給其他線程以實現(xiàn)線程間的通訊，這里使用的機制是SCOM模塊。
      每個線程都是進行數(shù)據(jù)處理的一個單元，有的處理是簡單的，有的處理是相對復(fù)雜的過程，簡單的線程可以不包括任何的通道，而進行復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的線程有可能包含多個的通道。
2 通道(Channel):
      RF5提供了一種通道結(jié)構(gòu)是為了更方便的封裝算法，這可以理解通道為并行里的串行，因為線程的執(zhí)行就是由通道的串行執(zhí)行來完成的，一個通道包含一組核（Icell）。其主要任務(wù)就是依次順序的執(zhí)行所包含的核，主要執(zhí)行的流程為：首先需要初始化通道模塊，然后建立通道對象，注冊該通道所包含的核對象，接著依次執(zhí)行每個核，執(zhí)行完成了后就銷毀對象，最后退出。每個通道可以包含多個核，每個核都要進行初始化后再調(diào)用CHAN_regCell注冊。
通道對象的結(jié)構(gòu)如下：
typedef struct CHAN_Obj {
     ICELL_Obj *cellSet;          /* set of cells in the channel */
     Uns cellCnt;                 /* number of cells in the cellSet */
     CHAN_State state;            /* state of the channel */
     Bool (*chanControlCB)(CHAN_Handle chanHandle); /* optional control function */
} CHAN_Obj;
      線程一般不定義通道對象，但是在CHAN_open()調(diào)用中初始化它們。CHAN_open()的最后一個參數(shù)是通道屬性（CHAN_Attrs)結(jié)構(gòu)體的地址。如果最后一個參數(shù)是NULL，那么CHAN_open()使用默認的參數(shù)。如果要想使用不同的參數(shù)，就要聲明一個CHAN_Attrs的結(jié)構(gòu)體，并需初始化為CHAN_ATTRS宏所定義的初值，然后根據(jù)需要可以修改其中相應(yīng)的域的值。通常，其中的通道狀態(tài)參數(shù)CHAN_State state域默認為CHAN_ACTIVE，通道控制回調(diào)函數(shù)參數(shù)域Bool (*chanControlCB)(CHAN_Handle chanHandle)默認為NULL。如果通道控制回調(diào)函數(shù)不是空，那么在任何的cell調(diào)用執(zhí)行之前都會先調(diào)用此回調(diào)函數(shù)。
     一個典型的設(shè)置：一個線程為每一個通道建立一個CHAN_Obj對象（或者一組類似的對象），并且為每一個cell建立一個ICELL_Obj對象(或者是與每個通道相對應(yīng)的一組ICCE_Obj對象)。在線程初始化ICELL_Obj之后就會調(diào)用下面的函數(shù)：
備注其中的cell 指向cell 對象的指針, inputIcc/outputIcc是相應(yīng)的cell的 ICC 對象，這個調(diào)用計算單元需要的空間，并分配給定的ICC對象給單元cell。
　　　CHAN_regCell( cell, inputIcc, 1, outputIcc, 1 );
　　　當所有的cells都已經(jīng)創(chuàng)建并初始化之后，線程調(diào)用CHAN_open()函數(shù)來為每一個指定的通道（chanNum）傳遞cell對象（cellList）。這個函數(shù)創(chuàng)建所有的XDAIS算法，并且如果單元細胞定義了cellOpen函數(shù)，則會調(diào)用每一個單元細胞的cellOpen函數(shù),.
　　　CHAN_open( chanList[ chanNum ], cellList, numCells, NULL/* default attributes */ );
最后，在運行時，線程為每一個通道（chanNum）調(diào)用CHAN_execute函數(shù)開始執(zhí)行：
　　　CHAN_execute( chanList[ chanNum ], NULL /* arg to cells */ );
3 核（Icell）：
      核實際上就是ICELL接口對象，基于RF5的應(yīng)用常常包含大量的算法和通道。為了便于算法集中到應(yīng)用中，RF5提出了核的概念。一個核就是包含一種 XDAIS算法的容器，一個RF5通道對象可以包含多個核，也即是包含多個算法。通道通過核來調(diào)用算法，實際上，真正的數(shù)據(jù)處理是在XDAIS算法中進行的，核只是提供一個調(diào)用算法的接口，這大大簡化了工作量，便于移植。
      該接口包含一個重要的結(jié)構(gòu)：ICELL_Fxns,該結(jié)構(gòu)包含一組函數(shù)指針。通道通過調(diào)用這些函數(shù)來調(diào)用算法，其中包含一個關(guān)鍵的函數(shù) cellExecute，這個函數(shù)的功能是調(diào)用XDAIS算法來執(zhí)行，上面的通道執(zhí)行函數(shù)CHAN_execute就包含了每個cellExecute的調(diào)用。
4 ICC模塊
      ICC模塊是用來管理在核之間以及核與其他線程之間的數(shù)據(jù)通訊，我們知道線程間的數(shù)據(jù)傳輸是通過SCOM模塊來實現(xiàn)的，每個ICC模塊管理一個或者多個 ICC對象，每個核都有一組輸入和輸出ICC對象。這些對象是通過CHAN_regCell（）來注冊到相應(yīng)的通道里。
5 同步通訊機制(SCOM)
      ThrProcess中包含兩個SCOM對象，RF5使用SCOM對象來實現(xiàn)線程間的通訊。SCOM消息是用戶自定義的一個機構(gòu)，一個線程通過調(diào)用 SCOM_putMsg()函數(shù)將SCOM消息放置到一個SCOM隊列中，發(fā)送給其他的線程，或者通過調(diào)用SCOM_getMsg()函數(shù)從隊列中獲取消息。一般情況下，發(fā)送消息指明接收線程所要讀取的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址（以指針形式），接收消息指明發(fā)送線程所要寫入的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址。在 mape2loopback實例中，thrProcess要從thraVideoInput接收消息，并發(fā)送消息給thrVideoOutput輸出圖像。RF5使用SCOM來實現(xiàn)線程間的通訊：thrProcess擁有一些緩沖區(qū)，需要thrVideoInput寫或thrVideoOutput讀，所以thrProcess通過SCOM告訴thrVideoIput和thrVideoOutput線程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址，同時還要保證兩個線程不會同時訪問同一個緩沖區(qū)。thrProcess創(chuàng)建了兩種消息以分別和兩個線程進行通訊，scomMsgRx和scomMsgTx。scomMsgRx指定了被 thrVideoInput寫的緩沖區(qū)地址，scomMsgTx指定了被thrVideoOutput讀的緩沖區(qū)地址。
      在實際的操作中，可以將SCOM看作是一種同步標記，它用來區(qū)分模塊內(nèi)存是否正在被其他線程所使用，這樣就可以防止內(nèi)存訪問的沖突。整個系統(tǒng)中包含很多存儲區(qū)，這些存儲區(qū)很有可能在某一時刻正在被某一線程訪問，為了保證在任意時刻只有一個線程訪問某該存儲區(qū)，當前正在訪問這一內(nèi)存塊的線程通過發(fā)送SCOM消息給與這一內(nèi)存塊有關(guān)聯(lián)的線程，告訴它們，“我正在訪問呢，你等會再來吧”。當它訪問完后，放棄了這一內(nèi)存塊的占有權(quán)，再通過SCOM消息告訴相關(guān)聯(lián)的線程，“我用完了，你可以用了。”于是相關(guān)聯(lián)的線程就可以訪問了。
6 ALGRF模塊—算法的實例化Algorithm Instantiation
ALGRF Module用DSP/BIOSMEM內(nèi)存管理器來創(chuàng)建和刪除XDAIS算法的模塊。參考框架服務(wù)簡化XDAIS部件的使用。所有符合XDAIS標準的算法都必須使用一個標準的接口——IALG接口。ALGRF使用算法的IALG來實現(xiàn)對XDAIS算法的實例化。任何符合XDAIS標準的算法都可以被 ALGRF所使用。
用戶代碼不必直接的調(diào)用ALGRF函數(shù)，這個工作由CHAN和其他的庫函數(shù)來完成。例外的是cell wrappers中的ALGRF_activate/deactivate序列化：如果cell中的XDAIS算法執(zhí)行 IALG_active/deactivate函數(shù),細胞需要調(diào)用兩個ALGRF函數(shù)來完成。
三個模塊來簡化IALG接口創(chuàng)建算法對象：RF5使用ALGRF模塊來創(chuàng)建，配置，刪除XDAIS算法實例；ALG模塊使用CCStudio作為通用目的使用；并且不用DSP/BIOS MEM模塊分配內(nèi)存。ALGMIN是三個中的最小應(yīng)用。
一般情況下，三個模塊是相互包含的，但是只有一個能在應(yīng)用程序中使用。ALGRF適于RF5的需要和別的RF級別，而不適合緊湊和底端的如ＲＦ１級別的系統(tǒng)。
ALGRF與ALG相比，有以下的優(yōu)勢：
１　更小的代碼腳本（代碼量）：
作為一個通用的模塊，ALG支持malloc/free 運行庫和DSP/BIOS MEM_alloc/MEM_free動態(tài)內(nèi)存分配方式，ALGRF只支持DSP/BIOS分配，這為設(shè)計者省了代碼空間，另外ALGRF保證沒有無用代碼的存在。只有被調(diào)用的函數(shù)才被連接到執(zhí)行程序中。
２　暫存區(qū)支持：
　　下面為API在ALGRF中介紹的實例：
ALGRF_Handle ALGRF_createScratchSupport(IALG_Fxns *fxns, IALG_Handle parent,
IALG_Params *params, Void *scratchBuf, Uns scratchSize)
除了當IALG_SCRATCH內(nèi)存區(qū)域（內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）被請求，該函數(shù)能根據(jù)算法請求分配內(nèi)存。作為替代，scratchBuf和 scratchSize這兩個參數(shù)表明這一緩沖區(qū)已經(jīng)在應(yīng)用中存在,而且可以被當前的算法重新使用。這就可以受約束的共享資源有限的內(nèi)存區(qū)。
３　從DSP/BIOS堆標簽中做提取：
　　ALGRF使用DSP/BIOS 的MEM模塊動態(tài)分配內(nèi)存。一個堆標記或內(nèi)存段名可以傳給
MEM_alloc()來表明分配到哪一個堆.如下:
　　　　　/* Configure the ALGRF module to use:
　　　　　* 1st argument - memory for internal heap
　　　　　* 2nd argument - memory for external heap
　　　　　*/
　　ALGRF_setup( INTERNALHEAP, EXTERNALHEAP );
　　這讓我們可以指定算法的數(shù)據(jù)分配位置。例如,如果使用EXTERNALHEAP作為兩個參數(shù)，那么算法的數(shù)據(jù)就被定位在外部存儲器。