摘要：提出了在TMS320C6711 DSP平臺上實現H.263的過程中，如何使用EDMA優化數據存取的策略，從而減少了花費在數據搬移上的開銷。

關鍵詞：H.263 DSP EDMA QDMA 數據存取策略

目前，將H.263算法在DSP芯片上實現，已成為一種越來越廣泛的應用趨勢。采用DSP實現H.263算法，相對于以往的方案，具有更好的擴展性，可以很容易地將聲音編解碼和復用、通信協議添加進來，綜合在一起DSP芯片中，具有很強的實用性。

本文采用TI公司的TMS320C6711 DSP實現H.263的編碼，提出一種在DSP平臺上充分合理使用片上EDMA控制器，進行數據存取優化的策略。

1 TMS320C6711的直接訪問控制器

直接存儲器訪問（DMA）是C6000 DSP的一種重要的數據訪問方式，它可以在沒有CPU參與的情況下，由DMA控制器完成DSP存儲空間內的數據搬移，數據搬移的源/目的地址可以在片儲器、片內外設和外設器件。

在TMS320C6711中，EDMA控制器負責片內存儲器L2和外設之間的數據傳輸，其增強之處在于：

·提供了16個通道

·通道間的優先級設置

·支持不同結構數據傳輸的鏈接（QDMA除外）

EDMA控制器是基于RAM結構的，EDMA的參數RAM（PaRAM）存放著傳輸控制參數。給出了一個PaRAM的內部結構，總共6個字（32bit/word）。
選項參數內容如所示。

TMS320C6711 DSP還提供一種快速DMA（QDMA）傳輸方式。QDMA與EDMA相似，支持幾乎所有的EDMA傳輸方式，但是提交傳輸申請的速度要快很多。在應用系統中，EDMA適合于固定周期的數據傳輸，但如果需要CPU干擾控制搬移數據，QDMA則比較適合。

QDMA的操作由兩組寄存器進行控制。組的五個寄存器寄存了QDMA傳輸所需的參數，與EDMA的PaRAM類似，只是沒重加載/鏈接參數。第二組的五個寄存器是組寄存器的“偽映射”。

下面就H.263編碼的某些環節說明如何采用EDMA技術對編碼數據數據進行優化存取。

2 原始圖像的獲取

由于待處理的原始圖像都很大，即使QCIF格式的圖像，也要占用38KB左右的存儲空間，顯然不能將待編碼圖像存放于片內RAM（L2）中。通常的方法是在CPU干預下，采用“讀入-寫出”的方式，從視頻設備讀取數據，然后存入片外SDRAM中。使用C6000 DSP強大的EDMA，亦可以實現原始圖像幀的后臺傳輸，EDMA無需CPU的干預便可獨自將視頻設備的輸出圖像直接送往片外SDRAM。這樣，CPU就可以將搬移數據的時間用于圖像編碼的工作。

在這里使用C6000 DSP的EDMA控制器的QDMA功能。相對于EDMA的傳輸方式，QDMA的傳輸方式有著更快的申請提交速度。
在片外SDRAM中開辟三塊幀緩沖區Framel（首地址0xA00000000）、Frame2、Frame3。初始化階段，先提交三個QDMA請求（此時也可使用通常的數據搬移手段），將視頻序列的前三幀數據分別存入三塊幀緩沖區內，填滿幀緩沖區。接著開始對Frame1內的圖像數據進行編碼，該幀編碼結束后，對Frame2內的圖像數據進行編碼，Frame2成為當前幀，而Frame1成為Frame2的先前幀，一旦Rrame2編碼完畢，便對Frame3內的圖像數據進行編碼，同時立即提交一個新的QDMA請求，從視頻外設讀取一幀新的圖像數據到Frame1中（因為對Frame3進行編碼時，Frame2作為先前幀，Frame1已經不需要了）。待Frame3編碼完畢后，Frame2又不需要了，此時再提交一個新的QDMA請求，讀取新一幀圖像數據到Frame2中。如此循環，每編碼完畢一幀圖像，就提交一個新的QDMA請求，依次在對應的幀緩沖區內存放新的一幀圖像數據。這樣，依次在對應的幀緩沖區內存放新一幀圖像數據。這樣，從外設獲取當前編碼圖像的下一幀與當前圖像的編碼工作同時進行，DSP每次都直接對圖像進行編碼，而不需要再花費開銷從外設讀取。

要實現所示的QDMA傳輸，有兩種等價的方式：

·1D-1D，幀同步傳輸

·1D-2D，陣列同步傳輸

下面以為例，給出采用1D-2D傳輸方式，將圖像數據送往Frame1中時所需提交的QDMA的具體參數設置。

Void submit_qdma(void)

{

EDMA_Config config;

Config.opt=(unsigned int)0x28A00001;

Config.src=(unsigned int)0x90010000;//視頻外設的數據口地址

Config.cnt=(unsigned int)((288-1)<<16352);

Config.dst=(unsigned int)0xA00000000;//目的地址

Config.idx=(unsigned int)(352<<16);//數據單元索引忽略

EDMA_qdmaConfig(&config);

}
3 圖像宏塊編碼

從上面已經知道，圖像幀存放在片外SDRAM中。因此，在對I幀所有宏塊和P幀INTRA宏塊編碼時，或對P幀INTER宏塊進行運行估計時，每個宏塊都要進行片外存儲器訪問，會占用很大的CPU開銷。所以，將當前待編碼的宏塊存入于片內RAM中。這樣，整個宏塊的編碼就始終是片內訪問，宏塊編碼子函MB_Encode在效率上就能夠提高12%左右。

直接的做法就是在片內SRAM中事先開辟一個宏塊緩部眍，待將編碼圖像當前位置處的現代戰爭宏塊搬移到片內RAM中的宏塊緩沖區，之后再調用宏塊編碼子函MB_Encode。但是這樣仍然會浪費一定CPU時間在數據塊的搬移上，所以還具有改進的余地。結合C6000 DSP強大的EDMA功能，提出了如下改進方案：

由于每次塊組（GOB）共有8448個字節數據（CIF），因此可以在片內RAM中開辟兩個塊緩沖區，采用乒乓方式，通過啟動EDMA塊組數據，使用獨立于CPU的EDMA數據通道，在后臺從片外搬移到片內。這樣一來，每次調用宏塊編碼時，數據都已經存放在指定緩沖區中，不僅無需做數據的搬移工作，而且還是在片內進行數據訪問。

初始化時，可以采用普通的數據搬移手段（亦可使用EDMA），從片外存儲器將幀圖像的前面兩個塊組搬移到片內，充滿塊組緩沖區，然后即可開始圖像編碼。在進行圖像編碼的過程中，逐一對塊組的乒緩沖區中的宏塊進行編碼，乒緩沖區宏塊編碼結束后，接著進行乓緩部眍的宏塊編碼，同時啟動EDMA，從片外存儲器搬移一個新的塊組到乒緩部眍來，使得編碼乓緩部沖區和向乒緩沖區搬移塊組數據同時進行，一旦乓緩沖宏塊也編碼完畢，即可處理乒緩沖區中新的塊組，如此循環。

C6000系列DSP的EDMA具有高效地從一幀圖像中抽取子幀的能力。以CIF格式的圖像為例，說明如何設置EDMA參數。

如所示左側表示4：2：0亞采樣的一幀YcrCb圖像，亮度分量首地址為A000 0000h，色度分量首地址分別是A0001 8C00h和A001 EF00h；右側表示塊組的乒乓緩沖區，亮度分量y乒緩沖區首址在2000h，乓緩沖區首址為3600h，色度Cr分量的乒乓緩部沖區首址分別為4C00h和5700h，色度Cb分量的乒乓緩沖區首址分別為5180h和5C80h。

步，使用CPU啟動EDMA通道，將一個GOB的亮度分量y傳輸到GOB亮度分量的乒緩沖區。CPU可以通過寫事件置位寄存器ESR啟動一個EDMA通道，向ESR的某一位寫入“1”，強行觸發對應事件，此時EDMA的PaRAM中的傳輸控制參數被送往地址，開始對EMIF、L2和片外SDRAM進行訪問。也可以使用QDMA進行步數據傳輸，通過設置QDMA的結束代碼（選項參數的TCC字段）啟動后續傳輸。

第二步，EDMA通道完成了對GOB亮度分量的傳輸后，重新加載下傳輸所需要的傳輸控制參數，將該GOB的色度分量Cr傳磁室片內對應的Cr兵緩沖區。由于需要傳輸的原始數據，在空間上不是連續在存儲的，這里使用了C6000系列DSP的EDMA鏈接功能。鏈接功能可以將不同的EDMA傳輸控制參數連接起來，組成一個參數鏈，為同一個通道服務。EDMA傳輸任務結束后，會自動從PaRAM中加載下傳輸所需要的參數。

第三步，同上，將該 GOB的Cb分量送入片內對應的Cb兵緩沖區。

將GOB搬移到乒緩沖區對應的EDMA通道的PaRAM設置參數如所示。

選擇幀同步、1D-2D數據傳輸數據，啟動EDMA通道后，依次加載參數鏈，連續進行三次EDMA數據傳輸之后，待編碼圖像的一個GOB即搬移到片內的對應緩沖區中。注意參數鏈的一個PaRAM，選項參數的LINK字段要設置為0。

同樣可以得到將GOB搬移到乓緩沖區對應的EDMA通道的PaRAM設置參數，如所示。

下面給出向編碼塊組乒緩沖區傳輸數據的EDMA通道PaRAM參數鏈的配置程序。

EDMA_Config config；

EDMA_Handle hEdma_ping; //向乒緩沖區傳輸數據的EDMA通道句柄

EDMA_Handle hEdma_ping_tab1;//該通道的個鏈接PaRAM的句柄

EDMA_Handle hEdma_ping_tab2;//該通道的第二個鏈接PaRAM的句柄

Uint32 link_tab1,link_tab2;//該通道兩個鏈接PaRAM的地址

if(EDMA_allocTableEx(1,&hEdma_ping_tab1))

link_tab1=EDMA_getTableAddress(hEdma_ping_tab1);

if(EDMA_allocTableEx(1,&hEdma_ping_tab2))

link_tab2=EDMA_getTableAddress(hEdma_ping_tab2)

hEdma_ping=EDMA_open(EDMA_CHA_ANY,EDMA_OPEN_RESET);

config.opt=(Uint32)0x55200003;//個PaRAM的選項參數

config.ser=(Uint32)0xA0000000;//待傳輸塊組Y分量的首地址

config.cnt=(Uint32)0x000f0160;//每行352像素，共16行

config.dst=(Uint32)0x00002000;//設置在片內的塊組緩沖區

config.idx=(Uint32)0; //源采用幀同步、2-D傳輸

config.rld=(Uint32)(0x160<<16 link_tab1 & 0xffff);//鏈接到下一個PaRAM

EDMA_config(hEdma_ping,&config);

Config.src=(Uint32)0xA00191880;

Config.cnt=(Uint32)0x000700B0;

Config.dst=(Uint32)0x00005700;

Config.rld=(Uint32)(0xB0<<16 link_tab2 &0xffff);

EDMA_config(hEdma_ping_tab1,&config);

Config.opt=(Uint32)0x55200001;

//一個PaRAM,LINK字段為0

config.src=(Uint32)0xA001F480;

config.dst=(Uint32)0x0005C880;

config.rld=(Uint32)(0xB0<<16);

EDMA_config(hEdma_ping_tab2,&config);

4 運動估計

在P幀編碼中，對每個宏塊進行運行估計時，需要訪問存儲在片外存儲器的前一幀圖像。考慮到當前幀的每個宏塊都是在前一幀的搜索窗口內進行運行估計，所以可在片內RAM中開設一個大小為48字節×48字節的緩沖區，這個緩沖區對應參數圖像幀中以當前宏塊位置為中心的一個大小為48字節×48字節的窗口。

依據與前面一樣的思想，這里同樣使用乒播講方式的搜索窗口緩沖區。在片內RAM中開辟兩個48字節×48字節的搜索窗口緩沖區，初始化時，先將搜索窗口緩沖區充滿。次運行估計的參考搜索窗口乒緩沖區；第二次運行估計時參考乓緩沖區，此時提交一個QDMA請求，將下一宏塊需要的搜索窗口數據送往搜索窗口乒緩沖區。如此反復，每次在參考某具搜索窗口緩沖區進行運動估計時，都提交一個QDMA請求，在后臺將下一宏塊的搜索窗口數據送入另一個搜索窗口緩沖區。
和
本節實際上是圖像宏塊編碼的反過程，宏塊編碼時使用EDMA節省的是從片外SDRAM讀取圖像數據的開銷，而本節使用EDMA節省的是將重建數據幀從片內L2存儲器寫到片外SDRAM的開銷。

在片內RAM中開辟兩個塊組緩沖區，同樣采用乒乓方式，用于保存編碼過程中當膠編碼宏塊的重建數據。之所以開辟塊組大小的緩沖區，而不是宏塊大小的緩沖區，是為了防止過多的片內與片外數據傳輸的EDMA要求。這一點，圖像宏塊編碼也是一樣的。每當乒塊組緩沖區的宏塊都重建完畢，就通過提交一個QDMA請求，將該塊組緩沖區內的重建宏塊性復制到片外的重建幀緩沖區中，同時開始下一宏塊的重構，并將重構宏塊放在乓塊組緩沖區。

本文提出的幾個H.263編碼環節，自然的做法是CPU參數與數據塊的搬移工作，然后再進行下一步的工序。使用EDMA的數據訪問策略，可以減少CPU花費在數據搬移上的開銷。在CPU和EDMA對片內存儲器L2進行各自獨立的訪問時，可能并不是理想的同時進行，有可能產生沖突。但是CPU對存儲器L2的訪問優先級高于EDMA對L2的訪問優先級，而且即使出現EDMA在數據搬移完畢之前，DSP已經處理完了上一步工序這樣一種惡劣的情況，DSP也只需再稍微等待片刻即可。因為已經有部分數據傳輸完畢，所以整個數據搬移上耗費的時間相對于不用EDMA只可能減少。如果設置合理，這個時間通常是零。