基于ESL的Linux多核多媒体解码器系统研究

论文摘要

多媒体作为一个核心应用被广泛的应用到各种设备中,多格式多媒体解码在手持领域一直是一个重要的难题。传统的做法是采用ASIC,RISC和DSP实现多格式多媒体解码,使用上述方式能够实现单个或多个解码器的支持,但是这种方式很难同时做到支持多格式,可扩展和快速的上市等特性。Linux是一个开放源代码的操作系统,它被广泛的用于科学计算,数据服务等领域。随着微电子领域的发展,芯片速度越来越小越快,Linux已经成功的进入到嵌入式领域。Linux在工业控制,消费类电子领域也扮演着重要的角色。同时在Linux上,也有许多开放源码的软件对于多媒体方面拥有着强大的支持,如MPlayer,GStream,VideoLAN等。MPlayer是一个很强大的软件,它几乎支持现今所有的主流多媒体格式。本文结合ARM11 MPCore、SMP Linux和MPlayer,通过使用ARM ESL工具仿真基于Linux的多核多媒体系统,并提出一种基于多核的多线程多媒体计算加速系统,相对于传统复杂的ASIC设计,它能够很快的解决手持多媒体的难题。本文提出的系统采用多线程有效的分解复杂应用所需的运算单元,使系统能够胜任多格式的音视频解码需求.同时多核也可以满足复杂用户界面和其它任务的需求。本文通过H.264说明了解码系统的IQIT、IP和DB等核心模块的软硬件分配方法。最后,针对系统中的资源调度问题,提出了一种优化的存储分配方案,并从系统级对芯片的存储系统优化。通过软硬件划分和系统级优化有效的配合,最终系统能够实时解码。本文所提出的多媒体加速观点不仅适合于嵌入式系统,而且适合于其它应用,如多核个人电脑,新兴的多核UMPC,具有一定的普遍性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 多媒体简介
• 1.2.1.1 现行的主流多媒体标准
• 1.2.1.2 现行的主流多媒体标准举例
• 1.2.1.3 视频编码的基本原理
• 1.3 课题的研究意义和研究目的
• 1.4 论文的研究内容及章节安排
• 2 多核处理器及操作系统支持的关键技术
• 2.1 多核处理器概述
• 2.2 超线程技术与多核体系结构的联系与区别
• 2.3 支持多核实时操作系统的关键技术
• 2.3.1 体系结构
• 2.3.2 系统引导和初始化
• 2.3.3 进程调度
• 2.3.4 中断处理
• 2.3.5 同步与互斥技术
• 3 ARM11 MPCore 和 SMP Linux 实现
• 3.1 ARM11 MPCore 概述
• 3.1.1 跳转预测及管理
• 3.1.2 增强的存储器访问
• 3.1.3 流水线的并行机制
• 3.1.4 64 位的数据通道
• 3.1.5 浮点运算
• 3.2 ARM GNU 工具链
• 3.2.1 屏蔽系统默认对CFLAGS 和CXXFLAGS 的设置
• 3.2.2 设置Host 和target 变量
• 3.2.3 安装Linux-Header
• 3.2.4 安装Binutils
• 3.2.5 安装GlibC 头文件
• 3.2.6 安装没有线程支持的静态libgcc 版本
• 3.2.7 安装Glibc
• 3.2.8 最终GCC 生成
• 3.2.9 GCC的使用
• 3.3 ARM Linux 根文件系统及其实现
• 3.4 基于 ARM11 MPCore 的 Linux SMP 系统及其实现
• 3.4.1 ARM11 SMP 实现的关键技术
• 3.4.1.1 处理器间的同步与互斥
• 3.4.1.2 高速缓存与内存之间的一致性问题
• 3.4.1.3 中断处理
• 3.4.2 Linux 2.6 ARM SMP 支持
• 3.4.2.1 SMP 系统中的系统引导
• 3.4.2.2 SMP 系统中的进程调度
• 3.4.3 Linux 2.6 ARM SMP BSP 实现
• 3.4.3.1 完成体系结构相关的源代码文件的编写
• 3.4.3.2 完成Linux 配置文件的编写
• 4 基于多核的多媒体解码器实现
• 4.1 ESL 仿真平台的构建
• 4.2 MPlayer 的移植
• 4.3 基于多核的多媒体多核播放器实现
• 4.3.1 基于四核处理器的逻辑划分
• 4.3.2 多线程的建立和设置亲和性
• 4.3.3 宏块级多线程交互
• 4.3.4 模块级性能优化
• 4.3.4.1 循环优化
• 4.3.4.2 运算操作优化
• 4.3.4.3 代码压缩和函数中公共计算因子的提取
• 4.3.5 结论
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文