DSP系統(tǒng)的動態(tài)加載技術研究
? 目前，開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)動態(tài)加載應用模塊是在運行期間再配置系統(tǒng)以改變或擴展其功能的最有效方式。開發(fā)人員不能 在運行前靜態(tài)配置許多 DSP 系統(tǒng)，其原因在于執(zhí)行操作的實時要求。但是，動態(tài)加載允許系統(tǒng)根據(jù)需要進行自身的再配置。舉例而言，支持多個調(diào)制解調(diào)器協(xié)議的基站系統(tǒng)可使用動態(tài)加載，從而為目前的服務請求進行適當?shù)淖陨碓倥渲谩Ｎ覀儾环猎倥e另一個例子，即把基于Web的內(nèi)容下載到無線手持終端中。我們不能鏈接一個靜態(tài)的程序圖像，讓它支持用戶可能選擇的所有潛在Web瀏覽路徑。但是，我們可以通過動態(tài)加載在用戶需要時下載某功能所需的支持。這種運行時的靈活性使動態(tài)加載成為可再配置 DSP 系統(tǒng)的關鍵技術。
動態(tài)加載在臺式機領域很常見，用戶常用它從各自獨立的可升級模塊來進行應用匯編。但是，開發(fā)人員過去在DSP系統(tǒng)中不怎么使用動態(tài)加載技術，因為過去它們通常都是帶有實時確定要求的單一應用。
其他技術的沉沒
開發(fā)人員也已嘗試過采用靜態(tài)技術進行再配置，但上述技術與動態(tài)加載相比較少成功，其中之一就是構建了多個程序圖像，每個圖像都帶有不同的算法集合。當開發(fā)人員在運行時可以確定實際的配置時，就可以下載適當?shù)膱D像。在帶寬有限的無線鏈接情況下，可能需要很長的時間才能下載完整的應用，而且如果開發(fā)人員必須通過重復下載完整的圖像才能在運行過程中對系統(tǒng)進行再配置的話，那么就會中斷系統(tǒng)的使用。對于開發(fā)人員來說，這種方法要求在構建應用可能需要的所有圖像之前須提前進行全面了解。
在具有多種獨立功能差異的系統(tǒng)中，開發(fā)人員必須構建的圖像數(shù)量也呈組合式增長。隨著系統(tǒng)和軟件應用變得越發(fā)復雜，最終也不可能預先確定所有潛在要求，因此這種方法也就不再可行了。
開發(fā)人員還推出了疊加技術，可部分地解決上述問題。根據(jù)這種方法，備用代碼或數(shù)據(jù)處于相同的存儲器空間中。當模塊在運行時被寫入該空間并疊加原先的模塊時，就會進行再配置。這種方法減少了加載時間，并且進行再配置也不必中斷應用。如果開發(fā)人員可限制系統(tǒng)僅從一個系列選擇中做出一種選擇，那么系統(tǒng)就可相當有效地采用疊加的方法了。但如果系統(tǒng)要求多種選擇，那么為每個疊加都預先確定存儲器分配就不大可能現(xiàn)實了。這種情況可能會要求構建多個疊加圖像，每個圖像針對一個可能的存儲器進行綁定。這種方法也再次帶來了圖像數(shù)量組合增長的問題。
動態(tài)加載的優(yōu)勢
動態(tài)加載將模塊與系統(tǒng)物理存儲器的綁定延遲到運行時再進行，這就避免了上述問題。因此，代碼可運行于不同的系統(tǒng)設置上，從而帶來了更高的靈活性與可重復使用性。在大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)中，片上存儲器非常珍貴，系統(tǒng)必須對其進行高效利用，但確定系統(tǒng)的哪部分應駐留于片上存儲器中可能在開發(fā)過程中具有很強的局限性。動態(tài)加載允許開發(fā)人員推遲到運行時再做出決定，這時他們可采用實時條件來確定在給定時間中哪種算法應駐留于存儲器。開發(fā)人員可根據(jù)需要重復地替代或交換算法，這對應用持續(xù)使用的影響也較小。在新型的無線系統(tǒng)中，多通道應用可根據(jù)需要交換編解碼器算法，而無線個人通信裝置可從遠程服務器下載 DSP 內(nèi)容。
動態(tài)加載也使系統(tǒng)的升級變得更為方便。升級時開發(fā)人員通常必須得寫整個系統(tǒng)，其中包括寶貴的用戶與配置數(shù)據(jù)。但利用動態(tài)加載，他們可將升級限制在系統(tǒng)的一個或更多部分，如某種算法或某個數(shù)據(jù)表格。此外，動態(tài)模塊升級還僅取決于基礎系統(tǒng)提供的功能API(應用編程接口);而非取決于基礎系統(tǒng)的靜態(tài)地址。這意味著，一個動態(tài)模塊可支持多個產(chǎn)品版本，只要所有版本提供的API相同即可。
表1總結了DSP系統(tǒng)再配置的關鍵問題。顯示了動態(tài)加載與疊加及靜態(tài)加載屬性之間的比較。正如該表所示，與靜態(tài)圖像及疊加相比，動態(tài)加載在基于DSP系統(tǒng)的再配置方面具有強大的優(yōu)勢。
我們接下來將根據(jù) TI 的 TMS320 DSP 討論動態(tài)加載的組件及其工作的方式，不過根據(jù)實施不同，具體細節(jié)也有所不同。
自加載 DSP 應用
在典型的自加載 DSP 應用中，單獨的 DSP 運行于主控制程序中，該程序包括動態(tài)加載器庫(圖 1)。這種方法保存了一些動態(tài)圖像所用的 DSP 存儲器。當應用要求動態(tài)模塊或動態(tài)模塊組時，該控制程序?qū)⒄{(diào)用動態(tài)加載器，指定待加載的模塊圖像。模塊圖像可位于閃存或二級存儲設備中，系統(tǒng)也可從某些設備中讀取圖像。加載器為每個模塊分配存儲器，為所選的存儲器調(diào)整圖像位置，建立到主程序的任何引用，并將調(diào)整后的圖像復制到動態(tài)存儲器中。當加載完成后，動態(tài)模塊則與應用無縫集成，就象它從初始化之后即存在于系統(tǒng)中一樣。
自加載的典型使用為具備 DSP 功能的支持多種媒體格式的媒體播放器設備。它將每種可能的輸入來源、媒體格式、音頻效果及輸出進程表示為動態(tài)模塊。當用戶選擇媒體時，系統(tǒng)將加載適當?shù)哪K并開始播放。
圖1 DSP 的動態(tài)自加載
MCU 控制的加載
在典型的 MCU 控制的 DSP 應用中，微控制器管理 一個或更多 DSP 處理器(圖 2)。微控制器選擇在每個 DSP 上的哪個 DSP 模塊或模塊集運行，并使用動態(tài)加載器加載適當?shù)哪K。這種使用在幾個重要方面不同于自加載應用。其一，動態(tài)加載器運行于微處理器上，而不是運行于正在加載的處理器上。此外，微處理器通常代表 DSP 管理動態(tài)存儲器，因為 DSP 要求非直接存儲器分配算法。再者，在微計算機控制的加載中，動態(tài)圖像的加載可能要求通過接口外設進行輸出，因為微控制器可能不能直接訪問 DSP 存儲器的地址。
主從應用發(fā)生于基站、中心局及無線終端中。在基站和中心局中，單一的微控制器管理多個 DSP，每個 DSP 處理多個通道。TI 的 OMAP1610平臺是一個典型的無線終端。該設備主要面向手持多媒體應用，其中，系統(tǒng)主機為ARM MCU，其包括 DSP 橋接功能，可控制 TMS320C55x的加載、初始化及代碼執(zhí)行。
圖2 MCU 控制的動態(tài)加載
現(xiàn)場測試應用
在典型的現(xiàn)場實驗應用中，服務技術人員給出一系列顯示為動態(tài)加載模塊的測試應用。通常說來，廠商隨著時間的發(fā)展會增加并改善本測試。用于測試模塊的備用存儲器加入接受維修服務的產(chǎn)品，并啟用實現(xiàn)動態(tài)加載。測試設備包括測試模塊以及動態(tài)加載器和測試控制應用(這里的加載器可能位于測試控制應用中，也可能內(nèi)置于加入的產(chǎn)品中)。測試設備還包括內(nèi)置于產(chǎn)品中的加入點定義(這些符號定義可內(nèi)置于產(chǎn)品中，抑或測試集可將其作為符號模塊承載)。診斷測試通過加載各獨立測試進行。每個測試都動態(tài)連接到其要求的產(chǎn)品軟件服務中，如設備驅(qū)動程序和狀態(tài)變量。
Q:這個文檔的類型是什么？
A:資訊類文檔。
Q:文檔中提到的動態(tài)加載應用模塊的作用是什么？
A:在運行期間再配置系統(tǒng)以改變或擴展其功能。
Q:診斷測試是如何進行的？
A:通過加載各獨立測試進行。
Q:獨立測試連接到哪些產(chǎn)品軟件服務？
A:如設備驅(qū)動程序和狀態(tài)變量等產(chǎn)品軟件服務。
Q:動態(tài)加載的優(yōu)勢有哪些？
A:可以在運行期間改變或擴展系統(tǒng)功能。
Q:如何使用動態(tài)加載進行診斷測試？
A:加載各獨立測試，每個測試動態(tài)連接到所需的產(chǎn)品軟件服務。
Q:動態(tài)加載與靜態(tài)加載相比有什么優(yōu)勢？
A:動態(tài)加載可以在運行期間進行配置，更加靈活。
Q:動態(tài)加載在哪些場景下適用？
A:需要在運行期間改變或擴展系統(tǒng)功能的場景，以及進行診斷測試的場景。
Q:動態(tài)加載是否會影響系統(tǒng)性能？
A:具體情況取決于實現(xiàn)方式和加載的內(nèi)容，可能會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生一定影響。
Q:有沒有其他技術可以實現(xiàn)類似動態(tài)加載的功能？
A:可能有一些其他技術可以在一定程度上實現(xiàn)類似的功能，但動態(tài)加載在運行期間再配置系統(tǒng)方面具有獨特優(yōu)勢。