雙內核嵌入式處理器OMAP5910及其在3G的多媒體應用

雙內核嵌入式處理器OMAP5910及其在3G的多媒體應用

摘要：OMAP591是一種新型的雙內核嵌入式處理器，文章介紹了該處理器的主要特點及其硬件和軟件架構。重點闡述了OMAP5910處理器在第三代無線終端領域的多媒體應用，最后給出了OMAP5910在嵌入式語音系統中的應用實例。

OMAP（Open Multimedia Applications Platform）是美國德州儀器公司（TI）推出的專門為支持第三代（3G）無線終端應用而設計的應用處理器體系結構。OMAP處理器平臺堪稱無線技術發展的里程碑，它提供了語音、數據和多媒體所需的帶寬和功能，可以極低的功耗為高端3G無線設備提供極佳的性能。OMAP嵌入式處理器系列包括應用處理器及集成的基帶應用處理器，目前已廣泛應用于PDA、Web記事本、遠程通信、醫療器械等領域。OMAP5910是OMAP系列的最新成員，它采用MCU DSP雙內核架構，具有新一代增強型多媒體應用所需的實時性能與更低功耗，并具有極強的數據處理能力和邏輯運算能力，在移動通信與多媒體信號處理及PDA方面有良好的開發和應用前景。

1 OMAP5910的基本特性

OMAP5910采用獨特的雙核結構，把高性能低功耗的DSP核與控制性能強的ARM微處理器結合起來，具有集成度高、硬件可靠性和穩定性強、速度快、數據處理能力強、功耗低、開放性好等優點。OMAP5910應用處理器雙核結構的主要優勢在于：由于兩個獨立的組件來完成應用處理任務，其中MCU負責支持應用操作系統并完成以控制為核心的應用處理；而DSP則負責完成多媒體信號（如音頻、語音和圖像/視頻信號）的處理。與單核結構相比，雙核架構的一個明顯優勢就是可以使操作系統的效率和多媒體代碼的執行更加優化并延長電源壽命；同時采用雙處理器可以將總工作負荷進行合理劃分，從而降低時鐘工作頻率，使系統的功耗降低至最低，成功地實現了性能與功耗的最佳場合。

圖1

1．1 OMAP5910硬件功能模塊

OMAP5910采用289管腳BGA封裝。其硬件功能模塊包括MCU子系統、DSP子系統、存儲器管理單元（TC）、直接存儲器訪問單元（DMA）、兩級中斷管理器及豐富的外圍接口等，其硬件架構如圖1所示。其中DSP核、ARM核以及存儲器管理單元（TC）這三個部分可以獨立地進行時鐘管理，從而有效地控制功能。下面簡要介紹幾個主要功能模塊：

（1）MPU子系統

MPU子系統中的TI增強型ARM925核是ARM RISC體系結構的先進代表，工作主頻為175MHz。它包括存儲器管理單元、16k字節的高速指令緩沖存儲器、8k字節的數據高速緩沖存儲器和17個字的寫緩沖器。片內有192k字節的內部SRAM，可為液晶顯示器等應用提供大量的數據和代碼存儲空間。ARM925核共有13個內部中斷和19個外部中斷，采用兩級中斷管理。此外，核內還有ARM CP15協處理器和保護模塊。

（2） DSP子系統

DSP子系統中的C55x DSP核具有極佳的功耗性能比，工作主頻為200MHz。它支持無線網絡傳輸與語音數據處理等工作，能提供高效諧振數據處理能力。C55x DSP核采用了在項關鍵的革新技術；增大的空閑省電區域、變長指令、擴大的并行機制。其結構針對多媒體應用做了高度優化，適合低功耗的實時語音圖像處理。C55x DSP核還新增了圖像位移預測、離散余弦變換/反變換和1/2像素插值的視頻硬件加速器，從而可以提高數據處理速度，降低視頻處理功耗。此外，核內還包括32k字的雙存取SRAM、48k字的單存以SRAM、16k字的片內ROM和12k字的高速指令緩存。

圖2

（3）存儲器管理單元TC

存儲器管理單元TC管理著MPU、DSP、DMA以及局部總線對OMAP5910系統存儲資源（如SRAM、SDRAM、FLASH、ROM等）的訪問。它的主要功能是確保處理器能夠高效訪問外部存儲區，并避免產生瓶頸現象而降低片上處理速度。TC通過三種不同的接口支持處理器或DMA單元對存儲器的訪問，即：EMIFS、EMIFF和IMIF。其中EMIFS接口提供對FLASH、SRAM和ROM的訪問；EMIFF接口提供對SDRAM的訪問；IMIF接口提供對OMAP5910片內192k字節SRAM的訪問。三個接口是完全獨立的，從任何一個處理器或DMA單元都可以同時訪問。

此外，OMAP5910片內還集成了豐富的外圍接口，如：LCD控制器、通用羿步收發器、脈寬音頻發生器、存儲器接口、攝像機接口、I2C主機接口、串行接口、主客戶機USB口、安全數字多媒體卡控制器接口、紅外接口、鍵盤接口等等。

1．2 OMAP5910的軟件構架

OMAP5910的軟件結構建立在兩個操作系統之上：一是基于ARM的Windows CE、Linux等操作系統；二是基于DSP的DSP/BIOS。連接兩個操作系統的核心技術是DSP/BIOS橋，它是副縣長OMAP5910的關鍵。對于軟件開發者來說，DSP/BIOS橋提供了一種使用DSP的無縫接口，允許開發者在GPP（通用處理器）上使用標準應用編程接口訪問并控制DSP的運行環境。利用TI公司的Code Composer Studio(CCS)集成開發環境，從開發者的角度來看，OMAP好像僅用GPP處理器就完成了所有處理功能。這樣，開發者就不需要為兩種處理器分別編程，這使編程工作大為簡化。在OMAP體系結構下，開發者可以像對待單個GPP那樣對OMAP的雙處理器平臺進行編程。而在開發多媒體應用程序時，也可以通過標準的多媒體應用編程接口（MMAPI）使用多媒體引擎，從而方便了應用程序的開發；多媒體引擎對相應的DSP任務通過DSP應用編程接口（DSPAPI）使用DSP/BIOS橋，最后由DSP/BIOS橋對數據、I/O流和DSP任務控制進行協調。

2 在3G無線終端領域的多媒體應用

在3G無線終端設備中，OMAP5910的應用主要面向優化多媒體性能，并提升語音、音頻、圖像或視頻信號處理 的應用性能。其具體應用包括：

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