OMAP3530是TI公司提出的基于ARM和DSP的雙核應用處理器[1]，在單個芯片上集成了ARM Cortex-A8內核、TMS320C64X+DSP內核、圖像引擎、視頻加速器以及豐富的多媒體外設。用ARM作為應用處理器進行多樣化的應用開發，實現用戶界面接口，能夠保證實時性和編碼效率，降低開發成本；利用DSP進行算法加速，既能夠保持算法的靈活性，又能提供強大的處理能力。

    船用導航雷達作為重要的無線電輔助導航設備，在船舶近海定位、引導船舶進出港口、惡劣天氣航行及避碰導航等領域發揮重大作用。國內導航雷達顯控終端大多采用基于PC的PCI雷達圖像卡或基于X86的計算機模塊。隨著現代電子技術的飛速發展，越來越多的嵌入式處理器被應用于雷達設備中。本文介紹的導航雷達終端以OMAP3530嵌入式處理器為硬件平臺，采用了Codec Engine框架下的軟件設計方案。該終端具有體積小、實時性高、穩定性好、成本低、功耗小的優點。
1 軟件架構設計
    如圖1所示，根據處理器的工作分配，終端從縱向劃分為ARM子系統與DSP子系統。ARM子系統采用Linux操作系統，DSP子系統采用DSP/BIOS操作系統。ARM核是精簡指令集處理器，運算能力相對較弱，主要負責終端整體控制功能。而DSP核是超長指令集的處理器，適合處理大批量的數據傳輸和數據處理工作。

1.1 軟件框架
    如圖1所示，終端軟件分為顯控處理軟件、錄取跟蹤軟件、GPMC總線驅動程序、Codec Engine。其中，顯控處理軟件在ARM核[2]上運行，它基于QT界面框架[3]，使用自定義繪圖和QT控件提供可視化的導航界面，負責終端整體控制功能；錄取跟蹤軟件在DSP核上運行，負責處理運算需求高的各種濾波、關聯算法，使導航雷達同時對多批目標進行實時錄取、ARPA跟蹤[4]，并自動計算出目標的動態信息，以發揮避碰導航的作用；GPMC總線驅動程序為FPGA與OMAP提供通信通道；FrameBuf顯示驅動為QT與OMAP顯示模塊提供圖形數據寫入通道；Codec Engine為顯控處理軟件（ARM側）與錄取跟蹤軟件（DSP側）提供交互通道。
1.2 各軟件間數據通信流
    如圖1所示，各軟件間數據通信流包括雷達控制信息、雷達狀態信息、波門信息、航跡信息、界面圖形信息。顯控處理軟件通過GPMC總線驅動經FPGA讀取雷達狀態信息，寫入雷達操控信息；同時讀取波門和扇區信息，通過Codec Engine送至錄取跟蹤軟件。錄取跟蹤軟件通過Codec Engine將航跡信息送至顯控處理軟件。顯控處理軟件通過FrameBuf顯示驅動將界面繪圖送入OMAP顯示緩沖。
2 在Codec Engine框架下的軟件開發
    雙核系統雖然擁有強大的處理能力，但由于ARM和DSP分別對應不同的指令集和編譯器，要使雙核系統配合工作，分擔不同的任務，雙核之間的協調通信是一個關鍵的因素。TI的數字視頻軟件開發包（DVSDK）提供了Codec Engine來實現ARM與DSP的協同工作[5]。Codec Engine引入了遠程過程調用（RPC）的概念[6]，它是指在另外一個處理器上遠程執行的一個命令或者過程。在該終端中，錄取跟蹤軟件為Server端，顯控處理軟件為Client端，Client端應用程序調用Codec Engine向Server端發送一個命令，Server端執行命令并通過相應的通信方式將結果返回給客戶端，進而實現雙核的無縫連接與協調工作。
    在使用Codec Engine時，一般會做以下操作：搭建開發環境、創立算法(Codec)、服務的集成(Server)以及Engine的集成和應用(App)。
2.1 軟件開發環境搭建
    要構建定制的Codec Engine配置，需要在TI公司提供的數字視頻開發套件DVSDK中修改相關軟件包的環境變量，搭建軟件開發環境。該套件中集成了多種軟件模塊，其核心是Codec Engine。要根據實際安裝情況分別修改以下文件的環境變量。
    （1）在DSPLINK軟件包中的Rules.mk、c64xxp_5.xx_linux.mk、omap3530_2.6.mk文件中分別修改內核源碼路徑、ARM編譯器路徑、XDC工具路徑、DSP系統路徑等，完成后編譯生成dsplinkk.ko(ARM與DSP連接模塊)。；
    （2）在CMEM軟件包中的Rules.make文件中分別修改內核源碼路徑、ARM編譯器路徑，完成后編譯生成cmemk.ko（內存管理模塊）。
    （3）在電源管理軟件包中的Makefile文件中修改內核源碼路徑、ARM編譯器路徑、DSPLINK安裝路徑，完成后編譯生成lpm_omap3530.ko（電源管理模塊）。
2.2 算法的創立
    按照xDAIS-DM標準，目標跟蹤算法模塊需要提供標準中所定義的一些接口的實現函數，并且需要對算法模塊中用到的一些結構作出定義。擴展xDM規范中已有的標準接口是產生自定義算法模塊的一種最常見的方式。本文的目標跟蹤算法模塊利用VISA中的SCALE接口進行xDM標準算法庫的開發。圖2是SCALE接口中各個package的關系。

    codecs：在該文件夾下定義相關算法的.c和.h文件。為了使編譯器能識別自定義的.c文件，需要修改package.bld配置文件，將自定義的.c文件名添加到SRCS數組中，這個SRCS數組中包括了package中的所有.c文件。最后修改相應的服務配置文件生成算法并將其打包，經編譯生成scale_ti.a64P的lib庫文件，這就是所需要的codec。
    extensions：包括GPP端的stub庫和DSP端的skeleton庫（通過.c和.h文件配置stub和skeleton函數表），經編譯生成scale.a64P的lib庫文件。
2.3 服務的集成
    servers：算法服務集成。修改配置文件，分配內存生成一個DSP端的可執行程序all.x64P文件，這就是所需要的DSP Server算法服務器，可被應用程序直接調用。
    （1）修改all.tcf文件。對128 MB的外部RAM空間即DDR存儲區進行分配，這塊空間是ARM和DSP可以共享的，ARM通過MMU（Memory Management Unit）看到的是內存的虛擬地址，但DSP直接使用物理地址。內存分配具體如表1所示。

    （2）修改all.cfg文件。主要對線程屬性進行設置。線程屬性主要包括棧大小、內存段的ID以及優先級等。堆棧大小要大于所需要的容量，這樣比較安全。
2.4 Engine集成和應用
    apps：apps中定義了Engine的配置，對于應用程序是在本地(ARM)執行還是在遠端(DSP)執行，通過配置腳本文件local.cfg和remote.cfg即可實現，在腳本文件中指明Engine名稱和Server名稱。經編譯生成app_remote.av5T可執行程序。
    App通過調用各種VISA(Video，Image，Speech，Audio)APIs實現具體算法實例[7-8]，VISA APIs通常分為四個部分：MOD_create（用于創建算法實例）、MOD_control（用于動態地修改算法實例的屬性）、MOD_process（用于對算法傳遞輸入數據流做處理并返回一個輸出數據流）、MOD_delete（用于刪除編碼器實例，釋放創建編碼器實例時占用的系統資源）。以應用程序調用MOD_process為例，GPP端和DSP端的交互過程大致如圖3所示。

    （1）應用程序（GPP端）調用MOD_process()函數；
    （2）Codec Engine將調用信息和調用所需參數傳遞給GPP端的stub；
    （3）stub將參數打包封裝成消息，并且將GPP端的虛擬地址映射到DSP端的物理地址；
    （4）Codec Engine將消息傳遞到DSP端的skeleton；
    （5）skeleton將參數解析出來，并且調用xDAIS算法的process函數；
    （6）skeleton再將參數打包返回，以消息隊列形式返回給應用程序，然后stub再對參數進行解析。
    最后將編譯生成的all.x64P算法服務器、app_remote.av5T可執行程序、dsplinkk.ko、cmemk.ko、lpm_omap3530.ko驅動以及驅動加載/卸載配置腳本loadmodules.sh、unloadmodules.sh一同拷入目標板的同一文件夾執行，即可實現目標跟蹤。
    現代雷達終端價格高、體積大、功耗大，本文基于OMAP3530實現的船用導航雷達終端的軟件設計，充分發揮了OMAP3530芯片的雙核特性，滿足高速處理和穩定性的需求，使船載雷達終端的體積大大減小，成本大幅降低，為在中小船只上普及裝備導航雷達終端提供了一種新的解決方案，值得在現代船舶導航雷達中進一步研究推廣。
參考文獻
[1] Texas Instruments.OMAP35x applications processor Texas Instruments OMAPTM family of products technical reference  manual[Z].2008.
[2] 李忠民，楊剛，顧亦然，等.ARM嵌入式VxWorks實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.
[3] 袁鵬飛.24小時學通qt編程[M].北京：人民郵電出版社，2000.
[4] 王德生，彭勇.ARPA系統與艦船導航雷達顯示[J].中國雷達，1998(02)：40-42.
[5] 溫君安.基于Davinci處理器的語音算法設計和優化實現[D].杭州：浙江大學，2007.
[6] 劉永春.基于DSP和ARM的車牌識別系統設計[J].微型機與應用，2012，31(22)：80-82.
[7] 林上升.基于OMAP3530硬件平臺的ARM和DSP協同開發方法[J].電子技術應用，2013，39(2)：6-8.
[8] 孫連三.基于OMAP的手持設備嵌入式系統研究[J].計算機工程與設計，2008(9)：2242-2245.