基于TS101的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)
西安電子科技大學(xué)模式識(shí)別與智能控制研究所 應(yīng)陳克,胡文江
引言
隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn),DSP處理芯片的處理能力越來越強(qiáng)大,控制的外圍設(shè)備越來越多,軟件算法也越來越復(fù)雜。對(duì)于DSP系統(tǒng)的軟件開發(fā),不僅要面對(duì)復(fù)雜的軟件算法,同時(shí)還要把大部分精力放在各種外圍設(shè)備和相關(guān)的硬件控制上,整個(gè)過程復(fù)雜而艱辛。因此,為這一類系統(tǒng)開發(fā)小巧精致、便于移植的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),具有實(shí)際的意義。本文參考開放源代碼實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC／OS-II,完成了基于ADI公司的ADSP-TigerSHARC101S(以下簡稱TS101)系列DSP芯片的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)工作。
1 TS101芯片簡介
TS101是美國ADI公司生產(chǎn)的一款高性能靜態(tài)超標(biāo)量處理器。ADSP-TS101S的內(nèi)核指令周期為3.3ns,每周期能夠執(zhí)行4條指令、24個(gè)16-bit定點(diǎn)運(yùn)算和6個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算。內(nèi)部有三條相互獨(dú)立的128bit寬度的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線,每條總線各連接一個(gè)2MB內(nèi)部存儲(chǔ)器陣列,可提供4個(gè)字的數(shù)據(jù)、指令及I／O訪問,以及14.4Gbytes／s的內(nèi)部存儲(chǔ)器帶寬。
在ADSP-TS101內(nèi)部的雙運(yùn)算模塊中,每個(gè)均包含一個(gè)ALU、乘法器、64-bit移位器和32個(gè)字的寄存器組及相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)齊緩沖器(DAB)。芯片中的雙整數(shù)ALU(IALU)均有自己的31個(gè)字的寄存器組以用于數(shù)據(jù)尋址。此外,TS101中還帶有一個(gè)帶指令對(duì)齊緩沖器(IAB),以及分支目標(biāo)緩沖器(BTB)和中斷控制器的程序控制器,同時(shí)有三條相互獨(dú)立的128bit寬度的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線以及片內(nèi)6MB SRAM;TS101提供有與主機(jī)處理器、多處理器空間(DSP)、外部SRAM和SDRAM相連的外部端口和一個(gè)14通道DMA控制器、四個(gè)鏈路口、兩個(gè)64bit問隔定時(shí)器和定時(shí)器計(jì)滿引腳。芯片上一個(gè)與IEEE 1149.1兼容的JTAG接口可用于片上仿真。
2 基于TS101的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)功能
本文介紹的基于TS101的嵌入式操作系統(tǒng)是參考源碼公開的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC／OS-II來設(shè)計(jì)的,實(shí)際上,它和uC／OS-II一樣,僅僅是一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核,而不具有像GUI、TCP／IP協(xié)議棧等功能部件。它支持占先式多任務(wù)調(diào)度,并可提供有效的服務(wù)(如信號(hào)量、郵箱、隊(duì)列、延時(shí)、超時(shí)等)。同時(shí),在uC／OS-II基礎(chǔ)上可引入高級(jí)操作系統(tǒng)中的進(jìn)程和線程等概念。因此,本沒計(jì)采用了進(jìn)程與線程結(jié)合的方式,即將實(shí)現(xiàn)不同功能的任務(wù)視為進(jìn)程,然后在任務(wù)內(nèi)部進(jìn)行細(xì)分,以劃分為不同的線程。進(jìn)程間的調(diào)度與切換在TS101內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)和外部擴(kuò)展存儲(chǔ)區(qū)(例如SDRAM)中進(jìn)行,而線程間的調(diào)度與切換則在TS101內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)中實(shí)現(xiàn)。從本設(shè)計(jì)的整個(gè)TS101嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)來看,它的基本功能主要包括任
