1

Procesory DSP – 2012

Procesory DSP – 2012

Materiały ilustracyjne do wykładu

Materiały ilustracyjne do wykładu

cz - VI

Planowanie działań

[Scheduling]

DSP-BIOS

Przygotowane z wykorzystaniem
materiałów
udostępnionych przez firmę Texas
Instruments
Dr inż. Krzysztof Kardach
(ver. 8.0 październik 2012)

2

Wykaz wykorzystanych materiałów

Wykaz wykorzystanych materiałów



Li Tan „Digital Signal Processing – Fundamentals and
Applications” ; DeVry University Decatur, Georgia, Elsevier 2008



S.M Kuo, B.H.Lee „Real-Time Digital Signal Processing” –
implementations, applications, and experiments with the
TMS320C55x”; John Wiley & Sons, 2006



CCS v5 WIKI -

http://processors.wiki.ti.com/index.php/Category:Code_Composer
_Studio_v5



Bruno Pillard „An Introduction To Digital Signal
Processors”; Uniwersytet Sherbrooke



TMS320C5515 DSP System Users Guide [sprufx5d.pdf ]



TMS320C55x Technical Overview [spru393g.pdf]



TMS320C55x CPU Reference Guide [spru371f.pdf]



TMS320C55x DSP v3.x CPU Reference Guide [swpu073e.pdf]



TMS320C5515 Fixed-Point Digital Signal Processor
[sprs645e.pdf]



TMS320C55x CPU Mnemonic Instruction Set RG
[swpu067e.pdf]



TMS320C55x Assemby Language UG [spru280i.pdf]

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

3

Co chcemy dzisiaj zrozumieć

Co chcemy dzisiaj zrozumieć

…

…

CPU

DMA

RCVCHAN

gBufferRcv

A

D

C

DAC

McBSP2

Rcv

Xmt

XMTCHAN

gBufferXmt

COPY

+

P

o

n

g

P

o

n

g

P

i

n

g

P

i

n

g



Zamiana HWI na SWI, dodanie funkcji LED do migania



Równoległe uruchomienie wątków COPY i LED

Flash LEDs

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

4

Co chcemy rozpoznać …

Co chcemy rozpoznać …



Nowe wymagania systemu i możliwe rozwiązania

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI



Rozwiązanie w DSP/BIOS



Ustawianie zależności czasowych



Funkcje okresowe



Czas rzeczywisty i I/O – analiza



Uwagi o przykładowym programie

5

TI DSP

Oczekiwania

Oczekiwania

-

-

Abstra

Abstra

k

k

c

c

yjne

yjne

życzenia

życzenia

Dotychczasowe wymagania



Przenoszenie przez DSP i dodanie sinusa

Nowe wymaganie



Dodaj inną funkcję o własnym
rytmie np. migania diodami LED



Migaj LED niezależnie od
addSine/copy



Problemy:



Czy mamy wystarczające moc
(MIPS)?



Czy procedury nie będą sobie
nawzajem przeszkadzać?

Możliwe rozwiązania ?

addSine/copy

LEDs

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

6

Możliwe rozwiązanie

Możliwe rozwiązanie

–

–

pętla

pętla

while

while

LEDs

addSine/copy

main
{

while(1)
{

}
}



Algorytmy działają w różnych
rytmach:



addSine/copy – 188Hz
(48KHz/256)



LEDs

– 2Hz



Co będzie, jeśli jeden z
algorytmów pozbawi inny szans
na zadziałanie lub opóźni jego
zadziałanie?



Wprowadź każdą z procedur do
niekończącej się pętli w main

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

7

Inne rozwiązanie

Inne rozwiązanie

–

–

użycie przerwań

użycie przerwań

TI DSP

main
{

while(1);

}

Timer1_ISR
{

}

Timer2_ISR
{

}

Gubione przerwanie…

Procedura

Okres Obliczenia Użycie CPU

addSine/copy:

5.3ms

75 s 1.4%

LEDs:

500 ms

1.1 s

~ 0%

1.4%

LEDs

addSine/copy



System sterowany przerwaniami łączy
każdą funkcję z własną procedurą ISR.

działa

Czas

1

2

3

5

4

6

7

0

LED

addSine

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

Uśpiona (idle)

8

Zgoda na zagłębiane przerwania

Zgoda na zagłębiane przerwania

- HWI

- HWI



Użycie obsługi HWI DSPBIOSa do
kontekstowego zachowania i odtworzenia,
umożliwienia zawieszania przerwań



Rozsądne podejście gdy ograniczona jest
liczba przerwań



Ograniczenie: liczba HWI i ich priorytetów
są ustalone statycznie – jedna funkcja HWI
do każdego przerwania

działa

Czas

1

2

3

5

4

6

7

0



Zagłębianie przerwań

pozwala sprzętowym

przerwaniom na wzajemne zawieszanie.

main
{

while(1);

}

Timer1_ISR
{

}

Timer2_ISR
{

}

LEDs

addSine/copy

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

Uśpiona (idle)

9

Co chcemy rozpoznać …

Co chcemy rozpoznać …



Nowe wymagania systemu i możliwe rozwiązania



Rozwiązanie w DSP/BIOS

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI



Ustawianie zależności czasowych



Funkcje okresowe



Czas rzeczywisty i I/O – analiza



Uwagi o przykładowym programie

10

Użycie przerwań programowych

Użycie przerwań programowych

-

-

SWI

SWI

main
{ …
// return to O/S;
}
DSP/BIOS



Każdy z algorytmów niezależnym
przerwaniem programowym



Obsługę czasową SWI poprzez DSPBIOS



Funkcje HWI wyzwala sprzęt



Funkcje SWI są wyzwalane programowo
np. call to SWI_post()



Dlaczego używać SWI?



Nie ma ograniczeń liczby funkcji SWI, a
ich priorytety definiuje użytkownik



Funkcje SWI można wyzwalać
zdarzeniami sprzętowymi lub
programowymi



Można przekazywać przetwarzanie z
HWI do SWI, tzn. staruje HWI i
uruchamia SWI

LEDs

addSine/copy

Jak pracują razem funkcje HWI i SWI ?

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

11

HWI

HWI

wyzwalające

wyzwalające

SWI

SWI

DMA INT

HWI:

kod startowy

SWI_post();

SWI

Blokada INT

Preferowane w tym czasie

ping czy

pong?

addSine i copyData

HWI



Minimalne opóźnienie INT



Minimum przełączania

kontekstowego



Tylko wysoki priorytet



Może przywołać SWI



Może pominąć przerwanie gdy

wykonuje ISR

SWI



Dłuższa odpowiedź



Wykonuje przełączenie

kontekstowe



Wybierany priorytet



Może przywołać inny SWI



Wykonanie kierowane wg

kolejności

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

12

Własności

Własności

SWI

SWI

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

13

Obsługa priorytetu

Obsługa priorytetu

SWI

SWI



Podnieść przenieś i upuść
SWI dla zmiany priorytetu



SWI o identycznym
priorytecie działają w
kolejności przywołania



Podnieść przenieś i upuść
SWI dla zmiany priorytetu



SWI o identycznym
priorytecie działają w
kolejności przywołania

Jak przekazać informacje do SWI ?

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

14

Przekaz wartości do

Przekaz wartości do

SWI

SWI

poprzez

poprzez

skrzynkę

skrzynkę

HWI:

…

SWI_or (&SWIname, wartość);

SWI:

…

wartość



Po co przekaz wartości? By SWI wiedział „kto przywołał”?



SWI_or() sprawdza wartość ze skrzynki i uruchamia SWI



SWI_getmbox() wewnątrz SWI czyta stan skrzynki



Każda SWI ma własną skrzynkę



SWI może opcjonalnie użyć: SWI_inc(), SWI_dec(),

SWI_andn()

Skrzynka

[mailbox]

temp = SWI_getmbox();

Jak poprawnie używać HWI w BIOS ?

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

15

Przełącznik

Przełącznik

HWI

HWI

HWI_dispatchPlug(eventIdRcv, (Fxn)dmaHwi, NULL)

interrupt void dmaHwi(void)

{

…

}



Dla ISR używamy słowa kluczowego interrupt :



Nakazuje kompilatorowi wykonanie context save/restore



Dla aplikacji BIOS, sterowanie HWI oraz context save/restore jest

wywoływane przez prog. zarządzający [ Dispatcher], zatem musimy :



Usunąć słowo kluczowe interrupt z dmaHwi()



Użyć HWI_dispatchPlug() by uruchomić rozdzielacz dla dmaHwi() i

umieścić odpowiedni adres w tabeli wektorów HWI:

eventIdRcv: wybrane HWI przez CSL (0-31)

dmaHWI: nazwa funkcji ISR

NULL: Inne dostępne opcje (których nie używamy)

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

16

Co chcemy rozpoznać …

Co chcemy rozpoznać …



Nowe wymagania systemu i możliwe rozwiązania



Rozwiązanie w DSP/BIOS



Ustawianie zależności czasowych

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI



Funkcje okresowe



Czas rzeczywisty i I/O – analiza



Uwagi o przykładowym programie

17

Przełączanie wątków w oparciu o

Przełączanie wątków w oparciu o

priorytety

priorytety

HWI 2

HWI 1

SWI 3

SWI 2

SWI 1

MAIN

IDLE

int1

rtn

post2 rtn

int2

post3

rtn

post1

rtn

rtn

rtn

Użytkownik ustala priorytety ... a BIOS realizuje przełączanie

Jak kreujemy SWI i ustalamy priorytety?

(Priorytet najwyższy)

(Priorytet najniższy)

SWI_post(&swi2);

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

18

Inne rozwiązanie

Inne rozwiązanie

–

–

zadania

zadania

[

[

Tasks

Tasks

]

]

(TSK)

(TSK)

main
{ …
// return to O/S;
}

DSP/BIOS



Zadania DSPBIOS [tasks] (TSK) są podobne
do SWI, ale udostępniają dodatkowe cechy



TSK jest bardziej podobny do zadań w
tradycyjnych systemach operacyjnych



Cechy TSK



Przełączanie kontekstowe SWI jest
szybsze niż TSK



Moduły TSK mają większy kod



TSK mają własny stos



Preferencje użytkownika i potrzeby
systemu decydują zwykle o użyciu SWI,
TSK lub obu

LEDs

addSine/copy

Jakie są główne różnice miedzy SWI i TSK ?

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

19

SWI

SWI

i

i

TSK

TSK



SWI są podobne do

przerwań sprzętowych ale

uruchamiane są przez

program w tym HWI

SWI_post()



Wszystkie SWI dzielą stos

systemowy

SWI

SWI_post

start

stop

“biegną aż do

ukończenia”



SEM_post() zwalnia TSK z

czekania zależnego od faktu



Zdarzenie odblokowuje TSK

do jednego przebiegu i

ponownego oczekiwania



Każdy TSK ma własny stos

co ułatwia wstrzymywanie

TSK

start

stop

czekanie

SEM_post

(stan

wstrzymania)

SEM_pend

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

20

Typy wątków

Typy wątków

DSP/BIOS

DSP/BIOS

P

rio

ry

te

ty



Do realizacji zdarzeń „

w następstwie

pracy

” HWI



SWI są

zgłaszane

przez program



Możliwe jest wiele SWI na każdym z
15 poziomów priorytetów przerwań



Do wykonania różnych programów

jednocześnie pod różnymi warunkami



TSK zależne są od zgłoszeń '

semaforów

‘

(sygnały)



Wiele „

nieznaczących

” funkcji tła IDL



Pracują jako pętle bez końca, jak
tradycyjne while



Wszystkie przesłania BIOS do hosta
odbywają się tymi funkcjami tła



Do realizacji pilnych części zdarzeń czasu rzecz.



Wyzwalane przez przerwania sprzętowe



Ważność [priorytet] HWI ustalana jest sprzętowo

SWI

Software Interrupts

[przerw. programowe

]

HWI

Hardware Interrupts

[przerwania sprzętowe

]

TSK

Tasks

[zadania]

IDL

Background

[zadania tła

]

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

21

Uaktywnienie

Uaktywnienie

BIOS –

BIOS –

przejście z

przejście z

main()

main()

main
{ …
// return to BIOS
}

DSP BIOS

LEDs

addSine/copy



W zadaniach bez DSP/BIOSP
w main występuje pętla
while(1)



Z DSP/BIOS przechodzimy z
main() do niego przez Return



main() wraca do BIOS IDLE i
pozwala BIOS przełączać
zdarzenia, transmisję
informacji do host, etc



Pętla while() w funkcji main()
nie pozwoli uaktywnić się
BIOS

BIOS otwiera wiele możliwości …

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

22

DSP BIOS

DSP BIOS

składa się z:

składa się z:



Narzędzia analizy w czasie
rzecz.

Pozwala aplikacji
nieprzerwanie działać w
trakcie ekspozycji danych z
debugowania



Przełącznik czasu
rzeczywistego

Jądro przełączania wątków



We/Wy czasu rzeczywistego

Pozwala na dwukierunkową
komunikację między wątkami
lub procesorem a PC hostem.

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

23

Co chcemy rozpoznać …

Co chcemy rozpoznać …



Nowe wymagania systemu i możliwe rozwiązania



Rozwiązanie w DSP/BIOS



Ustawianie zależności czasowych



Przygotowanie funkcji okresowych

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI



Czas rzeczywisty i I/O – analiza



Uwagi o przykładowym programie

24

Okres migania

LED

LED

LED

Funkcje okresowe

Funkcje okresowe



Funkcje okresowe mogą działać w systemie ze specyficzną
częstością :
- np. LED wymaga okresu 2Hz



Do dyspozycji manager zegara DSP/BIOS CLK by ustalić odstęp
w mikrosekundach na “tick”



Manager PRD pozwoli określić okres funkcji w „tick-ach”



Pozwoli na ustalenie różnych okresów do różnych funkcji



Mogą być użyte do obsługi różnych funkcji systemu (np.
mignięcie LED)

DSP/BIOS
CLK

tick

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

25

Tworzenie funkcji okresowych

Tworzenie funkcji okresowych

period

func1

func1

func1

DSP/BIOS

CLK

tick

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

Okres migania

func1

func1

func1

DSP/BIOS
CLK

tick

26

Co chcemy rozpoznać …

Co chcemy rozpoznać …



Nowe wymagania systemu i możliwe rozwiązania



Rozwiązanie w DSP/BIOS



Ustawianie zależności czasowych



Przygotowanie funkcji okresowych



Czas rzeczywisty i I/O - analiza

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI



Uwagi o przykładowym programie

27

Wbudowane narzędzie analizy w czasie

Wbudowane narzędzie analizy w czasie

rzecz.

rzecz.



Gromadzi dane na systemie docelowym [target] (3-10 cykli
CPU )



Przesyła dane podczas BIOS IDL ( ok. 100c )



Formatowanie danych na komp. PC-host ( ok. 1000c )



Gromadzenie danych NIE zatrzymuje CPU docelowego

Execution Graph



Analizuje czas pracy

poza BIOS IDL

CPU Load Graph



Programowy analizator

logiczny



Śledzi zdarzenia i ich

priorytet

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

28

Wbudowane narzędzie analizy w czasie

Wbudowane narzędzie analizy w czasie

rzecz.

rzecz.



Śledzi czas procedur bez

zatrzymywania CPU

Profiling



Przesyła wiadomości z
śledzenia do host



Nie zatrzymuje DSP



Wnikliwe fizyczne
liczenie cykli DSP



Bardziej wydajny niż
tradycyjny printf()

LOG wiadomości

LOG_printf (&logTrace, “addSine ENabled”);

Jak przekazywać dane pomiędzy DSP a PC-host ?

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

29

Co chcemy rozpoznać …

Co chcemy rozpoznać …



Nowe wymagania systemu i możliwe rozwiązania



Rozwiązanie w DSP/BIOS



Ustawianie zależności czasowych



Przygotowanie funkcji okresowych



Czas rzeczywisty i I/O – analiza



Uwagi o przykładowym programie

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

30

Czy bliżej zrozumienia … ?

Czy bliżej zrozumienia … ?

…

…

CPU

DMA

RCVCHAN

gBufferRcv

A

D

C

DAC

McBSP2

Rcv

Xmt

XMTCHAN

gBufferXmt

COPY

+

P

o

n

g

P

o

n

g

P

i

n

g

P

i

n

g

Flash LEDs

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / VI

31

DMA

To komentowaliśmy poprzednio

To komentowaliśmy poprzednio

…

…

CPU

buffer0

Kanał

Przekaz ramki zakończony

buffer1



Teraz jest fragmentem naszego zadania większego



Przenosi dane z urządzenia wejściowego do bufora

danych



I z bufora danych do urządzenia wyjściowego



Dodatkowo przełącza bufory

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / V

32

Co to i do czego służą, jak działają?

Co to i do czego służą, jak działają?

• Execution Graph
• CPU Load Graph
• Profiling Statistics
• Massage LOG

• Bufory Ping-Pong
• Realizacja zadań w pętli
• Wykorzystanie procesora –

sposób liczenia

• HWI
• SWI
• ISR
• DSP/BIOS
• TSK
• Mailbox
• Wykres stanów

January 3, 2013

Procesory sygnałowe 1 / V