基于TS101的嵌入式实时操作系统设计
西安电子科技大学模式识别与智能控制研究所 应陈克,胡文江
引言
随着半导体制造工艺的发展和计算机体系结构的改进,DSP处理芯片的处理能力越来越强大,控制的外围设备越来越多,软件算法也越来越复杂。对于DSP系统的软件开发,不仅要面对复杂的软件算法,同时还要把大部分精力放在各种外围设备和相关的硬件控制上,整个过程复杂而艰辛。因此,为这一类系统开发小巧精致、便于移植的嵌入式实时操作系统,具有实际的意义。本文参考开放源代码实时操作系统uC／OS-II,完成了基于ADI公司的ADSP-TigerSHARC101S(以下简称TS101)系列DSP芯片的嵌入式实时操作系统的设计和开发工作。
1 TS101芯片简介
TS101是美国ADI公司生产的一款高性能静态超标量处理器。ADSP-TS101S的内核指令周期为3.3ns,每周期能够执行4条指令、24个16-bit定点运算和6个浮点运算。内部有三条相互独立的128bit宽度的内部数据总线,每条总线各连接一个2MB内部存储器阵列,可提供4个字的数据、指令及I／O访问,以及14.4Gbytes／s的内部存储器带宽。
在ADSP-TS101内部的双运算模块中,每个均包含一个ALU、乘法器、64-bit移位器和32个字的寄存器组及相关的数据对齐缓冲器(DAB)。芯片中的双整数ALU(IALU)均有自己的31个字的寄存器组以用于数据寻址。此外,TS101中还带有一个带指令对齐缓冲器(IAB),以及分支目标缓冲器(BTB)和中断控制器的程序控制器,同时有三条相互独立的128bit宽度的内部数据总线以及片内6MB SRAM;TS101提供有与主机处理器、多处理器空间(DSP)、外部SRAM和SDRAM相连的外部端口和一个14通道DMA控制器、四个链路口、两个64bit问隔定时器和定时器计满引脚。芯片上一个与IEEE 1149.1兼容的JTAG接口可用于片上仿真。
2 基于TS101的嵌入式实时操作系统功能
本文介绍的基于TS101的嵌入式操作系统是参考源码公开的实时操作系统uC／OS-II来设计的,实际上,它和uC／OS-II一样,仅仅是一个实时内核,而不具有像GUI、TCP／IP协议栈等功能部件。它支持占先式多任务调度,并可提供有效的服务(如信号量、邮箱、队列、延时、超时等)。同时,在uC／OS-II基础上可引入高级操作系统中的进程和线程等概念。因此,本没计采用了进程与线程结合的方式,即将实现不同功能的任务视为进程,然后在任务内部进行细分,以划分为不同的线程。进程间的调度与切换在TS101内部存储区和外部扩展存储区(例如SDRAM)中进行,而线程间的调度与切换则在TS101内部存储区中实现。从本设计的整个TS101嵌入式实时系统来看,它的基本功能主要包括任
