基于RF5框架的XDAIS標準算法封裝與調用

周佳兵，潘澤躍，曹 飛（中國科學技術大學 自動化系，安徽 合肥 230027）

0 引言

TI公司提出了eXpressDsp軟件技術，在軟件開發層面上推出了BIOS+RF5+算法標準XDAIS架構。XDAIS規范了DSP算法軟件的開發，提供了類似面向對象編程中的類的封裝方式的算法接口，使得算法集成變得簡單統一。RF5作為DSP軟件開發的起步代碼參考框架，以DSP/BIOS為基礎，利用其中的數據處理元素和數據通信元素可以方便地完成復雜算法應用程序的設計與開發。但在實際工作中，XDAIS算法、RF5框架的使用卻顯得相對較少，導致實際開發的程序過于臃腫，代碼移植性較差，這主要因為XDAIS算法接口的調用、RF5框架的層次化封裝相對復雜。如何規范使用XDAIS與RF5，使得音視頻、網絡通信等包含大量算法、多線程通道的復雜應用程序的開發更為簡便已成為廣大DSP開發者的迫切需求。

1 RF5框架

RF5主要實現了存儲管理、線程模型和通道封裝三個功能。RF5基本框架結構如圖1[1]所示。RF5框架通過驅動開發套件（DDK）[2]完成應用層與底層硬件的交互；以DSP/BOIOS為基礎，通過對XDAIS算法的封裝完成應用程序的開發。芯片支持庫（CSL）[3]作為驅動模塊與底層硬件的橋梁為各種外設提供標準庫函數調用。

圖1 RF5框架結構框圖

RF5框架包含4個基本數據處理元素：線程（TASK）、通道（CHANNEL）、核（CELL）、XDAIS 算法。 它們處于依次包含的關系。每一個線程可以包含多個通道，并順序執行所包含的通道，用以完成特定的操作；通道是核的集合，核在通道內也被順序執行；核內封裝了XDAIS算法，一個核便是包含一種XDAIS算法的容器，并提供了供外部調用的核對象接口（ICELL）以及核通信管理模塊ICC對象。

2 XDAIS算法庫封裝

2.1 抽象算法接口與實例算法接口

XDAIS是為了提高DSP軟件開發效率而提出的一套通用算法接口標準。XDAIS算法可以重復利用且以庫的形式在程序中被調用。為統一算法開發規范，該標準提供一系列規則[4]，如XDAIS算法不允許直接訪問硬件外設，必須通過標準的資源管理接口（IALG）來實現。

IALG抽象接口IALG_Fxns[5]，也叫算法成員對象列表或V-表，主要實現存儲管理、創建和銷毀算法實例對象。其內部有 3 個重要結構字段：algAlloc（）、algFree（）和algInit（）。algAlloc（）和 algFree（）表 示 內 存 的 分 配 和 釋放，algInit（）用來初始化算法參數并使內存指向算法的處理空間。三個字段都不能為NULL。

在具體應用時，需要另外創建算法實例接口IXX_Fxns（XX表示要實現的具體算法名），該接口包含了算法的具體實現函數聲明。以JPEG解碼算法為例，定義的算法實例接口代碼如下：

typedef struct IJPEGDEC_Fxns{

IALG_Fxns ialg；

XDAIS_Int32（*decode）（IJPEGDEC_Handle

handle，XDAS_Int8**in，XDAS_Int8*out）；

}IJPEGDEC_Fxns；

IJPEGDEC_Fxns是IALG_Fxns的擴展。IJPEGDEC_Fxns中聲明了具體解碼實現函數decode（）。在應用程序中調用decode（）函數，需要將整個 XDAIS算法封裝成庫，在應用程序所在的工程中加載該庫，并調用該庫提供的接口decode（）函數實現解碼運算。

2.2 算法庫封裝實現

XDAIS的特點是，主要內存的分配和銷毀不再由具體的算法負責，而是據據XDAIS算法內存使用規則及內存分配字段函數alg_alloc（）予以分配。抽象算法接口函數調用流程如圖2所示。

圖2 抽象算法接口函數調用流程圖

實際算法框架搭建步驟是：首先啟動XDAIS算法組件向導，定義算法接口標示，如JPEGDEC_TI_IJPEGDEC，JPEGDEC表示算法功能為JPEG解碼，TI表示算法持有人。在向導中定義輸入輸出參數結構體，聲明內存表結構、核心處理函數XX（）等內容，生成算法接口文件。其次專門建立庫工程（.lib文件），包含上一步生成的工程目錄下的算法接口文件，并分配內存表，修改輸入輸出參數，并實現算法處理函數XX（）。最后釋放內存并修改編譯選項，編譯完成后生成符合XDAIS的標準接口算法庫（.lib文件）。

3 RF5框架使用

XDAIS算法封裝成庫之后，就需要考慮如何去調用它。開辟新的工程，在命令鏈接文件中實現算法庫的代碼如下：

_JPEGDEC_IJPEGDEC=

_JPEGDEC_TI_IJPEGDEC-l.libjpeg_ti.lib

通過第一句賦值，在新工程中引用_JPEGDEC_IJPEGDEC即可調用XDAIS實例算法接口，jpeg_ti.lib是成功封裝的XDAIS標準算法庫，第二句成功將jpeg算法庫鏈接到工程文件中去。

根據RF5的數據元素特性，需要算法、核、通道、線程一步步地按層次封裝。首先第一步需要將XDAIS算法封裝在CELL中，只需要將算法庫的實例算法接口在應用程序所在工程中進行調用即可。在這之前，需要在頭文件中聲明CELL對象ICELL_Obj和CELL接口ICELL_Fxns等，ICELL_Obj封裝了實例算法接口、CELL接口ICELL_Fxns和ICC句柄，通過ICELL_Fxns定義的操作函數 cellExcute（）來管理并執行 CELL中封裝的算法處理函數，通過ICC句柄實現CELL與通道對象間通信。

以JPEG解碼算法為例，算法處理線程源文件中ICELL_Obj的定義如下：

通過BIOS配置算法處理線程[6]，在算法處理線程中定義 CELL對象 ICELL_Obj、ICC句柄 ICC_Handle和算法處理參數，在main函數里初始化通道模塊，這是因為必須通過通道channel去操作。在線程初始化函數中進行通道內cell的注冊CHAN_regCell（），然后通過CHAN_open（）函數打開通道，最后在線程處理函數中調用 CHAN_execute（）完成 CELL接口調用，執行 CELL接口調用函數 cellExcute（），最終調用封裝在 CELL內的算法處理函數XX（）。如圖3所示。

4 封裝實例

圖3 RF5框架中XDAIS算法調用流程圖

結合H.264編碼算法封裝實例，通過軟件開發平臺CCS3.3實際測試算法性能。創建了兩個例程，分別是采用XDAIS標準和RF5封裝的算法程序，和以源文件形式存在未經封裝的算法程序。在BIOS靜態面板中配置內存空間并配置輸入輸出線程，輸入線程采集圖像數據，而輸出線程在兩個實例中則作用不同。

首先，未經封裝的編碼算法所涉及的幀間預測、運動估計、量化等一系列算法子函數均以源文件存在于工程中并在tskVideoOutput線程中調用，如圖4所示。

圖4 未經封裝的算法實例

將這些程序文件按照XDAIS算法標準封裝于庫H.264_enclib.lib中，然后按照RF5框架數據元素的封裝步驟，在tskProcess線程中調用此庫和算法處理函數接口，得到工程如圖5所示。

圖5 RF5框架封裝后算法實例

其次通過在程序中添加UTL統計函數來分別分析和比較采用兩種方法的算法執行情況。圖6所示為未封裝情況，在tskOutput線程中設置STS時間統計模塊stsExeTimeEnc得到編碼算法程序執行的平均指令周期為11.599 ms。圖7為經RF5框架封裝后的算法執行情況，在tskVideoProcess線程中設置STS時間統計模塊stsExeTimeh264Enc得到平均指令周期為4.083 ms。

圖6 未封裝情況下編碼算法指令周期

從CPU占用情況來看，未經封裝的算法程序CPU占用率較高，平均占有率在50%左右，而經過RF5封裝調用的算法程序實際平均CPU占用率在31%左右，分別如圖8和圖9所示。

圖7 經RF5封裝后編碼指令周期

圖8 未經封裝的算法程序CPU占用率

圖9 經封裝后的算法程序CPU占用率

5 結束語

以上分析了整個XDAIS算法封裝和調用的具體過程。通過eXpressDSP提供的XDAIS算法組件向導生成標準算法框架，然后編寫符合XDAIS標準的具體應用算法。通過此框架生成lib庫文件并提供接口給需要調用它的工程，在調用工程中通過線程、通道、核對象等接口一步步地對該算法予以封裝，最終建立起含有復雜算法的RF5框架工程。框架的建立和算法的封裝過程也證明了RF5強大的擴展性和適用性，設計人員不用考慮底層就能開發出多通道復雜算法的應用程序。通過對算法函數、核及通道對象的修改就可輕松移植適合特定工程的算法，在實際工程應用中具有很大的實用性。

[1]Texas Instruments Incorporated.Reference frameworks for eXpressDSP software： RF5，an extensive，high-density system[R].Texas Instruments，2003.

[2]DSP/BIOS driver developer′s guide[R].Texas Instruments，2005.

[3]TMS320C6000 CSL API reference guide[R].Texas Instruments，2004.

[4]Texas Instruments Incorporated.TMS320 DSP算法標準[M].徐盛，胡劍凌，譯.北京：清華大學出版社，2007.

[5]TMS320 DSP algorithm standard API reference[R].Texas Instruments，2005.

[6]DSP/BIOS user′s guide[R].Texas Instruments，2002.