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The success's road
TI的实时操作系统DSP/BIOS介绍
田黎育
www.farsight.com.cn
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远见品质 今天的内容
1. 使用实时操作系统(RTOS)的需求
2. DSP/BIOS的组件3. DSP/BIOS的线程4. DSP/BIOS内核分析
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远见品质 为什么要使用RTOS
v实时调度（Real-time scheduling）
v享用操作系统的服务信号量，邮箱
v算法标准化和可移植ExpressDSP
v创建的应用程序稳定性好(Robust)
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远见品质 Real-time scheduling
v 一个典型的中断驱动的实时系统程序:
main (){
for (;;);}ISR1(){
algorithm1();}ISR2(){
algorithm2();}
v 一旦ISR1 或 2被调用, 算法1 或 2就要执行并直至完成. 但这样会有什么问题呢?
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远见品质
Real-time scheduling
v 不同的应用可能有不同的答案。
v 如果我们希望两个算法都要被实时执行（即在一个时限内完成），那么我们首先要考虑下面的问题:Ø ISR1和ISR2同步吗? 如果同步, 我们就可以使用一个ISR服务2个算法（当然假定我们有足够的处理能力）
Ø 如果它们不同步呢？Ø 哪个算法又有更高的优先级?Ø 低优先级的算法可以被抢占吗？
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远见品质 Real-time scheduling
v 例: 简单应用v 系统描述:
Ø 算法1 和2 不同步Ø 假定算法1优先级高Ø 算法2可以挂起（不能抢占）
Algorithm 1Algorithm 1
Algorithm 2Algorithm 2
CPU processing CPU processing Algorithm 1Algorithm 1
CPU processing Algorithm 2CPU processing Algorithm 2
MISSED!MISSED!
v 注意: CPU在一个时刻只能处理一个算法
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远见品质
v 例: 简单应用v 方案1: 算法拆分:
Ø 算法2可以被拆分成几个子函数:
Ø 当CPU不处理算法1时，CPU可由于执行算法2的子函数，直到子函数执行完成。如下所示:
Real-time scheduling
algorithm2 ();algorithm2 (); function1();function1();function2();function2();function3();function3();
Algorithm 1Algorithm 1
Algorithm 2Algorithm 2function1function1 function2function2 function3function3
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远见品质
Real-time scheduling
v 例: 简单应用v 这种方法的问题:Ø写代码困难（对时序要求苛刻）Ø修改代码不方便 (如果算法被修改或添加了其他算法时).
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远见品质 Real-time scheduling
v 方案 2: 使用操作系统优点:Ø写代码容易 (各个算法独立开发).Ø代码易于维护和修改 (调度由操作系统负责).Ø产品开发周期短.
v 使用什么操作系统? 取决于:Ø使用的处理器.ØDSP平台的结构 (单处理器/多处理器).
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远见品质 操作系统功能
v进程管理（线程管理）
v存储器管理
v文件管理
vIO管理（设备管理）
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远见品质
实时操作系统
v历史1981. VRTX32à80年代末 PSOSà90年代中Vxwork,WinCE,QNXà基于Linux的RTOS
v特点：必须至少有一个中断，其服务能保证在一个给定的时间内完成，而不论是否发生其他事情。
v重要概念:中断响应时间：发生中断àISR第一条指令抢先式内核：高级任务一就绪就得到响应
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远见品质
通用OS和RTOS的比较v RTOS与其他操作系统不同的一个特征是：它们必须至少有一个中断，其服务能保证在一个给定的时间内完成，而不论是否发生其他事情。
v RTOS具有嵌入式软件共有的可裁剪、低资源占用、低功耗等特点
v 通用OS注重多个任务的平均表现性能，不注重个体表现性能。实时操作系统注重的是个体表现，更准确地讲是个体最坏情况表现。
v 通用OS的基本设计原则是：尽量缩短系统的平均响应时间并提高系统的吞吐率，在单位时间内为尽可能多的用户请求提供服务。
v 实时操作系统所遵循的最重要的设计原则是：采用各种算法和策略，始终保证系统行为的可预测性(predictability)。
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远见品质 Real-time scheduling: DSP/BIOS
v DSP/BIOS是一个可升级的实时内核。它主要是为需要实时调度和同步以及主机-目标系统通讯和实时监测（Instrumentation）的应用而设计的。
v DSP/BIOS 操作系统，包括:Ø 代码尺寸小的实时库.
Ø 调用API函数，使用实时库的服务
Ø 易用的配置工具
Ø 含有实时分析的程序
v DSP/BIOS 的调度包含:Ø 固定优先级的抢先式调度器
Ø 多种线程类型
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远见品质
实时分析
v实时分析用于实时捕获和显示数据
vDSP/BIOS 提供几种机制实时地获取、传输和显示数据，同时把对程序本身的工作的干扰减少到最小。
v例如： DSP/BIOS 提供一种“printf“，大概需要40 指令周期. （stdio的printf 1000多个）此外，DSP/BIOS的模块，DSP/BIOS的模块的运行能够被“隐式”地监测。所以，基于DSP/BIOS的应用程序能够自动观测自己的运行
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远见品质 DSP/BIOS 配置工具
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远见品质
线程的类型vDSP/BIOS 支持4种线程：（1）硬件中断（HWI）: 频率可达200KHz（5us），处理时限在2us～100us .（2）软件中断（SWI）:时限100us以上，SWI允许HWI将一些非关键处理在低优先级上延迟执行，这样可以减少在中断服务程序中的驻留时间（3）任务(TSK)：任务与软件中断不同的地方在于在运行过程中可以被挂起。DSP/BIOS提供了一些任务间同步和通讯的机制，包括队列、信号灯和邮箱。（4）后台线程（IDL）： MAIN->空闲循环: 运行那些没有执行期限（deadlines）的函数
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远见品质
线程的优先级
v在DSP/BIOS中，硬件中断有最高的优先级，然后是软件中断，软件中断可以被高优先权软件中断或硬件中断抢先。软件中断是不能被阻塞的。任务的优先权低于软件中断，共有15个任务优先权级别（加上TSK_idle应该16个）。任务在等待某个资源有效时可以被阻塞。后台线程idle_loop是优先级最低的线程。
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远见品质 DSP/BIOS 实时分析工具
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远见品质 DSP/BIOS的大小
v对于C62x，最小需要程序存储空间的150字，数据存储空间575字。C6201: PM-16KW, DM-16KW
占：0.9%和3.5%v最多需要6500字，占C6201存储空间的20%（7% @ C6202）。所以多数应用是可接受的。
vDSP/BIOS的可裁减性：只把直接或间接调用的模块和API连接到目标文件中
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远见品质
一个DSP/BIOS的例子v Tutorial\volume2：功能性演示v volume2程序内容分析：（1）时钟对象dataIO_CLK的函数为dataIO；（2）dataIO中把软件中断processing_SWI的邮箱减1（邮箱初始值为10）；（3）processing_SWI的处理函数为processing；（4）processing的处理时间和参数processingLoad成正比
内核分析
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远见品质 一个DSP/BIOS的例子v用GEL函数修改参数
processingLoad
vprocessingLoad = 400vTime tick的比例vprocessing_SWI和KNL_swi的优先级
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远见品质 Volume2的内核分析
v理解RTOS的运行机制的必要性可控、可用、可改(VDK idle的问题)
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远见品质
钟中断到来后的运行情况1220clk
回执行图
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远见品质 summary
vDSPs软件开发的层次（1）汇编程序：à处理器结构（2）C程序：àC编译器（3）RTOS：DSP/BIOS，VDK （4）顶层软件开发工具：Matlab，Rhapsody
v系统运行时行为
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谢谢！
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