1、1Enea 面向多核 DSP 及 SoC 的平台软件解决方案Enea platform software solution for Multi-Core DSP/SoCEnea Software AB 董渊文 (William.dongE) 资深技术专家 摘要：本文分析了高性能呢多核 DSP 和 SoC 对平台软件的功能需求。针对多核 DSP 及 SoC 软件设计中所遇到的问题, 提出了 ENEA 面向多核 DSP 及 SoC 的平台软件解决方案, 给出了详细的模块说明及应用实例, 该方案对客户平台软件架构的设计提供了新的思路。1前言：随着大规模集成电路技术和半导体技术的发展，1982 年世界
2、上诞生了第一代 DSP 芯片TMS32010 及其系列产品。这种 DSP 器件的运算速度却比传统的微处理器快了几十倍，尤其在语言合成和编码译码器中得到了广泛应用。DSP 芯片的问世是个里程碑，它标志着 DSP 应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。至八十年代中期，随着 CMOS 工艺的 DSP 芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。八十年代后期第三代 DSP 芯片问世，运算速度进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。到了九十年代相继出现了第四代和第五代 DSP 器件。第五代 DSP 产品与上一代相比，系统集成度更高，将 DSP 芯核
3、及外围元件综合集成在单一芯片上。随着芯片工艺的不断提升，多核 DSP 及多核 SOC 渐渐成为主流。目前多核 CPU、DSP 以及融合 DSP、CPU 的 SOC 芯片技术的日趋成熟， 多核 DSP 及 SOC 被越来越多的应用到通信、军工、工控、医疗等设备当中，例如 Ti 的 C66 系列以及 Freescale 的B 系列。由于多核处理器及多核 SOC 的芯片硬件极其复杂，例如如何简化多核软件设计过程、如何充分的发挥多核处理器性能、如何管理共享外设，如何进行多核异构系统的调试，如何实现多核间的高效通信， 这些课题使得对平台软件的需求也就呼之欲出。 ENEA 公司集合了几十年的平台软件经验，
4、针对多核 CPU/DSP/SoC 的复杂环境，推出了一系列的平台软件解决方案。这些产品及方案被广泛地使用在通信、航空、航天、船舶和军工国防等领域中。22面向多核 DSP 及 SoC 的平台软件方案的特点：21 平台软件的定义在大型的嵌入式系统中，业务功能由机架上的业务子板来实现。子板上的软件一般分为驱动层、操作系统层和应用层（应用、协议、算法和运维部分）。一般把驱动层和操作系统层统称为平台软件层。平台软件层负责管理硬件资源，为应用层提供包括资源分配、任务调度、冗错处理、文件系统接口、IP 协议栈、外设管理、驱动接口封装等服务。可以说一切应用层的设计，都是基于平台软件层的架构来实现。一个优秀的、
5、功能丰富的平台软件层，可以使应用层的设计实现变得尤为简单，其高可靠性又可使整个系统变得更为强壮。对于多核 DSP 及 SOC 来说，由于硬件架构的日益复杂，多于平台软件的功能及性能提出了更高的要求。22 目前面临的问题由于多核处理器及多核 SoC 的芯片硬件极其复杂，如何简化多核软件设计过程、如何充分的发挥多核处理器性能、如何管理共享外设，如何进行多核异构系统的调试，如何实现多核间的高效通信， 这一切对软件设计者提出了更大的挑战。在多核 DSP 及 SoC 的硬件架构下，一个优秀的商用平台软件，可以帮助系统设计及开发者，简化多核软件设计过程、充分的发挥多核处理器性能、实现多核间的高效通信、管理
6、共享外设、简化多核异构系统的调试，从而帮助客户加快产品的市场化速度。下文重点介绍 ENEA 面向多核 DSP 及 SoC 的平台软件解决方案，相信能为未来的嵌入式软件的设计提供帮助。3Enea 面向多核 DSP 及 SoC 的平台软件解决方案：31 Enea 简介Enea 源自于 1968 年，于 1989 年在瑞典上市，是全球网络和终端软件供应商的领导者，专注于通讯领域实时操作系统和平台软件。作为一家走过半个世纪的，服务于全球主要的的网络和终端软件供应商，Enea 以其先进技术为通信领域的发展提供源源不绝的动力。332 Enea 平台软件解决方案Enea 公司集合了几十年的平台软件经验，针对
7、多核 CPU/DSP/SoC 的复杂环境，推出了一系列的平台软件解决方案。例如在基站设备中，ENEA 推出了针对于基于多核处理器的基站的平台软件解决方案。Enea 的平台软件方案由四部分组成，包括面向多核 CPU 的 OSE/Linux 操作系统、针对多核 DSP的 OSEck 操作系统、DSP 集群管理软件 dSPEED 和 Enea 系统级调试工具 Optima。目标系统上的各个实体由 Enea 分布式透明传输模块 LINX 连接起来。图 1 Enea 平台软件方案框图Enea 的平台软件解决方案为多核 DSP 和 SOC 的目标系统提供了完整的软件架构、丰富的调试监测功能以及简单实用的高
8、可靠通信的 IPC 工具。在 DSP 侧，Enea 的 OSEck 操作系统为 DSP 的软件架构和编程提供了可靠的选择。OSEck 是Enea 专门针对 DSP 进行优化的精简高效的实时操作系统，也是业内最优秀商用的面向 DSP 的操作系统。OSEck 支持 Freescale、Ti、LSI、ADI、CEVA 等几乎所有的最新 DSP 处理器，与OSE 相同的应用层 API 接口，为每款 DSP 专门优化的内核，小至 10kB footprint，丰富的 BSP及应用模块例如 Timeout server、针对 DSP 优化的 IP 协议栈、CoreDump 模块等为程序的设计以及系统的出错
9、追踪提供了更多的可能。在 CPU 侧，提供 ENEA 的实时的商用 Linux 操作系统或 ENEA 针对于 CPU 的硬实时操作系统 OSE 5.x。OSE 5.x 是 Enea 针对多核 CPU 作专门优化的操作系统，OSE 5.x 独有的 XMP 模式即有SMP 模式的简单易用性，又具有到 AMP 模式的性能，为平台软件 CPU 侧的软件架构设计提供了方便。OSE 的直接消息传递机制和集中式错误处理大大简化了编程的工作，OSE 丰富的模块，4文件系统、IP 协议栈、动态加载模块、LINX 工具、ramlog 工具、Optima 系统级调试工具，这一切功能都节约了开发工作时间，加快了产品化
10、速度。dSPEED 模块用于监控和管理 CPU 和 DSP 阵列，负责 DSP 的加载复位、日志的收集、DSP 和 CPU上任务的监控、数据统计以及 CoreDump 的收集。dSPEED 把 CPU 和 DSP 的复合系统融合为一个整体，负责各个实体间通信的是 Enea 的分布式透明传输模块 LINX。LINX 支持几乎所有的物理通信介质包括共享内存、以太网、sRIO、PCI 等。统一了核间、同构/异构处理器间乃至板间的通信接口，并提供保证链路可靠性的机制，使分布式系统间的通信犹如在同一个核内通信那么简单。LINX 的出现大大简化了分布式系统的程序设计。如下图所示：图 2 LINX 功能示意
11、图图 3 LINX 架构框图 透明的、全系统间通信服务 连接应用以无缝的方式运行在不同的操作系统上使用高性能的直接消息传递 从高端 CPUs 到 DSPs，从单处理器到有着任意拓扑结构的集群系统 所支持的操作系统和硬件架构：Linux（从 2.6.x 到 3.x 内核）：PowerPC, x86, ARM/Xscale, MIPSOSE（5.x）：PowerPC, ARM/Xscale, MIPSOSEck：Freescale MSC815x, TI C64x+, C66x and others所支持的操作系统和硬件架构：Linux（从 2.6.x 到 3.x 内核）：PowerPC, x86
12、, ARM/Xscale, MIPSOSE（5.x）：PowerPC, ARM/Xscale, MIPSOSEck：Freescale MSC815x, TI C64x+, C66x and others所支持的操作系统到 内核5针对整个平台软件的调试，Enea 的 Optima 系统级调试工具为系统的调试提供了方便。Optima 工具通过以太网与目标系统相连，只要目标系统中的实体有 LINX 链路，那么通过PC 侧的 Optima 工具就可以看到整个分布式系统的拓扑图。Optima 可以查看 CPU 或者 DSP上操作系统的进程状态、内存和堆的详细分配情况、CPU 使用率、查看系统 core
13、dump、进行基于 GDB 的在线调试、实时查看系统和用户的日志等。Enea LINXEnea GatewayTCP / IPUSBTargetDSP coresCPU cores下面是 ENEA 针对于常用多核 DSP/SoC 芯片的解决方案的实例介绍：(1) OSEck 针对于 Freescale MSC815x 多核 DSP 的软件解决方案(2) Enea 软件基站开发平台 - Macrocell （B4860）6(3) Enea 软件基站开发平台 - Small Cell （P9132，B4420）4. 结论： Enea OSEck DSP RTOS 与 Enea Linux 完美组合
14、 分布式透明传输 IPCLINX， 完美支持核间通讯 Optima Eclipse 系统级调试工具 dSPEED 中间件 CPU 核对 DSP 监控管理 Enea Linux 轻量级实时环境： LWRT Enea PAX 的以太网/IP 通路加速模块 针对 B4860 特别优化的 BSPdSPEEDBSPOSEckLINXdSPEEDBSPOSEckLINXEnea LinuxLINXBSPdSPEED LWRT PAXOptima系统级调试工具 Enea OSEck DSP RTOS 与 Enea Linux 完美组合 分布式透明传输 IPCLINX，完美支持核间通讯 Optima Ecli
15、pse 系统级调试工具 dSPEED 中间件 CPU 核对 DSP 监控管理 Enea Linux 轻量级实时环境：LWRT 针对 P9132，B4420 特别优化的 BSPEnea LinuxLINXOSEckLINXOSEckLINXdSPEEDBSP BSP BSPdSPEED dSPEED LWRTOptima系统级调试工具7本文介绍了 Enea 针对于多核 DSP/SoC 的平台软件解决方案。详细介绍了方案的组成，包括面向针对多核 DSP/SOC 的 OSEck 操作系统、多核 CPU 的 Enea Linux 以及 OSE 操作系统、DSP 阵列的管理模块 dSPEED、Enea 系统级调试工具 Optima 以及 Enea 的分布式透明传输模块 LINX。文章突出了此方案的优点以及应用的实例，为应用多核 DSP/SOC 的嵌入式软件架构设计提供了参考。
