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德州儀器公司的開放式多媒體應用平臺OMAP(Open Multimedia Application Platform)是一種為滿足新一代多媒體信息處理及第三代無線通信應用開發出來的高性能、高集成度嵌入式處理器。 本文主要概述了OMAP軟硬件結構和應用領域。 OMAP平臺概述 當今，消費者對無線通信服務的要求越來越高，單純的語音服務已被復雜的多媒體應用所取代。而這些多媒體應用的發展必然使信號處理的復雜度大大增加，從而使移動終端軟硬件的復雜度提高，能量消耗加大。而且，消費者在要求通信產品有更好功能的同時，還要求產品耗電量更低，體積更小。傳統的單處理器方案已經不能滿足這些處理要求。為解決這些矛盾，德州儀器(TI)公司提出了一種很好的解決方案，即可擴展開放式多媒體應用平臺——OMAP。從1998年開始，TI先后推出了OMAP310、OMAP710、OMAP1510、OMAP1610、OMAP5910/12等處理器。由于OMAP系列處理器一直強調向上兼容性，所以系列之間的通用性很強，結構變化不大，程序便于移植。 OMAP在一塊硅片上無縫地集成了一個以ARM精簡指令處理器(RISC)為核的軟件子結構，以及一個高性能、超低功耗的TlTMS320C55x系列數字信號處理器(DSP)，且為二者開辟了共享的存儲結構，以方便數據交換。其能高效地處理多媒體信號，實時解碼數據流，例如，處理MP3格式的音頻流和MPEG4格式的視頻流，而消耗的功率比最好性能的RISC處理器還要小很多。在OMAP結構中，RISC處理器主要用來實現對整個系統的控制，包括運行操作系統、界面控制、網絡控制和DSP數據處理的控制等；DSP子系統則主要用來實現各種媒體數據的高效處理，包括文本、音頻、視頻等。 OMAP軟件結構支持高級操作系統，通過標準應用編程接口(API)支持各種應用開發。TI獨特的DSP/BIOS允許開發者在RISC和DSP之間優化分割各項處理任務，在不增加功耗的前提下獲得更優良的性能。這些獨特的性能使開發者在使用OMAP時，可以將其看成一個單獨的RISC處理器。 OMAP硬件架構 OMAP采用一種獨特的雙核結構，把控制性較強的ARM處理器和高性能低功耗的DSP核結合起來，是一種開放式的、可編程體系結構。以OMAP5910為例，它集成了ARM925和TMS320C55x處理器，對于一些運算量大的實時信號，例如，圖像、視頻、音頻數據，可以采用DSP進行計算，而對于通信、外設控制等功能，則用ARM核來實現，從而在功耗和復雜應用之間建立了良好的平衡。利用不同的內核(ARM和DSP)和硬件加速器的不同功能，根據功耗或性能的要求將一個算法映射到最佳的處理器引擎，并將相應的電路打開或關閉，從而進一步節省了電能。DSP采用了復雜的指令，可在一個時鐘周期內執行幾次數學運算，而UISC結構和指令集一般只允許每指令周期執行一次運算，所以DSP處理音視頻流比RISC芯片需要的時鐘周期少很多。 OMAP5910硬件平臺采用雙核技術來提高操作系統的效率和優化多媒體代碼的執行。實時性任務，像實時視頻通信等由DPS完成，非實時性任務和系統控制工作，像界面交互等則由ARM核完成。例如，使用者在進行視頻通信的時候可以同時使用操作系統上的Word、Excel等應用軟件，這樣分別發揮了DSP和AMR核的優勢。與傳統只使用ARM核或者只使用DSP芯片的移動終端相比，OMAP成功地實現了性能與功耗的最佳組合。 OMAP5910芯片的兩個關鍵部分是TI增強型ARM925(TI925T)和TMS320C55x。TMS320C55x的工作主頻是200MHz，內部有32Kb雙存取DRAM，48Kb單存取SRAM和16Kb ROM。它具有高度的并行處理、32位讀寫、功能強大的EMIF、雙流水線獨立操作以及雙MAC運算能力，采用了三項關鍵的革新技術：增大的空閑節電區域、變長指令、擴大的并行機制。此外，TMS320C55x核增加了處理運動估計、離散余弦變換(DCT)，離散余弦反變換(IDCT)，1/2像素插值的硬件加速器，降低了視頻處理的功耗，其結構對于多媒體應用高度優化，適合低功耗的實時語音圖像處理。增強型ARM925工作主頻為175MHz，有16KB的高速指令緩存、8KB的高速數據緩存和17B的寫緩沖。AMR核和DSP都可以訪問內部SRAM和外部存儲器接口，但是ARM核是平臺的核心，它能訪問全部16MB的內存空間和DSP 128KB的I/O空間。 OMAP軟件架構 OMAP是一個高度集成的硬件和軟件應用平臺，為無線市場提供了系統解決方案。從一定意義上說，OMAP開放的軟件結構對用戶更為重要。它支持多種流行的嵌入式操作系統、高級語言編程資源豐富的DSP多媒體組件算法，可通過應用編程接口(API)和第三方開發工具方便地實現各種應用開發。TI獨特的DSP/BIOS橋，允許開發者在RISC和DSP之間優化地分配任務，在不增加功耗的前提下獲得最優性能。采用算法標準xDAIS，可以實現算法的復用，使己經成熟的DSP算法快速移植到不同系統中。 為了簡化軟件開發，DSP的軟件結構從通用處理器(GPP)的編程環境中抽象出來。在OMAP軟件體系結構中，這種抽象通過定義一個接口，使GPP成為系統的主控者來實現。該接口由一系列包括設備驅動接口的API組成，提供一種通信機制，使得GPP應用程序能夠完成諸如初始化，控制DSP任務，與DSP交換信息，接收或發送數據流到DSP，狀態查詢等工作。在GPP端，其支持幾乎所有移動終端的操作系統，包括WindowsCE、Symbian、EPOC、palm OS、Linux、Nucleus等，提供類似于Java的開發環境。資源管理器與DSP接口，則是DSP應用程序加載、初始化和運行控制的唯一途徑。通過資源管理器接口，GPP應用程序調用DSP的功能函數，就像在本地調用一樣。而DSP端支持基于TI的eXPressDSP實時軟件技術，包括DSP/BIOS實時內核、用于內部操作與重用的DSP算法標準以及第三方軟件模塊。已有的為視頻和圖像任務優化過的算法庫，也有助于多媒體模塊的開發。開發人員通過容易使用的高級應用程序接口，可以方便地獲得DSP加速算法。另外，相同的API集，可以運行于各種OMAP平臺上，從而促進代碼的重用，能將同樣的軟件應用到不同的目標市場的設備中。由此可見，這種軟件體系結構允許開發人員在GPP的操作系統上使用C語言編程，而不用直接面對底層硬件，并且使開發人員得以容易地使用符合標準的DSP算法，而無須深入了解DSP就可以利用DSP來加速信號處理任務，實現多媒體、語音、安全或其他功能，從而充分發揮OMAP處理器的性能。 該體系結構可以在DSP(TMS320C55x)及GPP(TI-enhaneedARM925)上實現可擴展的非對稱多處理技術。其中，GPP操作系統與單獨使用RISC處理器時一樣，可以達到同樣的功能：DSP與GPP相互獨立，運行DSP/BIOS實時內核；通過DSP/BIOS橋，RISC處理器可以將信號處理等密集處理的任務，安排給DSP異步運行。憑借優化的底層軟件，DSP能以較低功耗執行這些信號處理任務，從而延長電池使用壽命，減小產品體積。 OMAP應用 由于OMAP先進獨特的結構，加之芯片運算處理能力強、功耗低，在移動通信和多媒體信號處理方面具有明顯優勢。如視頻處理上，視頻軟件以15f/s的速度同時編解碼QCIF圖像時，才使用了DSP運算能力的15%。而剩余的85%仍可用于其他任務，如圖形增強、音頻播放和語音識別等。 而隨著技術的進步，OMAP必將在移動通信與多媒體信號處理方面獲得廣泛的應用。 |
