隨著新興市場的不斷增長和隨之而來的技術要求，一些技術日益受到重視和利用。其中一種技術是“數(shù)字信號處理”（DSP），它可以采用芯片的形式，也可以作為支持“片上系統(tǒng)”（SoC） 集成的 IP 內核。雖然 DSP 已經(jīng)存在了很長時間，但最新幾代 DSP 支持的功能對于滿足特定市場的需求至關重要。物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 領域就是這樣的一種市場。許多物聯(lián)網(wǎng)設備的性質使其受益于運行“實時操作系統(tǒng)”（RTOS）。本文介紹了如何將 DSP 和 RT-Thread RTOS 一起用于物聯(lián)網(wǎng)應用。

DSP 技術的發(fā)展

DSP 的作用是轉換和處理實際的模擬信號，這些信號本身具有連續(xù)值。處理操作是通過信號處理算法來執(zhí)行的。作為自 1980 年代以來存在至今的技術，DSP 在硬件功能以及軟件開發(fā)工具和基礎設施方面取得了長足進步。早些年，人們用匯編語言將算法編程到 DSP 上。隨著 DSP 市場的擴大和算法變得更加復雜，其架構不斷發(fā)展，促進了高級語言編譯器的開發(fā)。

嵌入式 DSP 內核芯片包括片上內存，該內存容量通常可以滿足特定的任務?，F(xiàn)代 DSP 應用領域包括音頻/語音處理、圖像處理、電信信號處理、傳感器數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)。然后是物聯(lián)網(wǎng)市場，在眾多用例中，它涵蓋了這些應用的組合。行業(yè)分析公司 Markets and Markets 預計，到 2027 年，全球物聯(lián)網(wǎng)技術的市值將增長到 5664 億美元。

為什么 DSP 非常適合物聯(lián)網(wǎng)設備？

物聯(lián)網(wǎng)使用不同類型的傳感器收集的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)實際事物之間的通信和連接。DSP 用于分析和處理從傳感器接收的持續(xù)變化的信號。DSP 分析和處理音頻、視頻、溫度、壓力或濕度等實際信號。例如，CEVA-SensPro2 傳感器中樞 DSP 系列專門用于處理和融合多個傳感器以及用于上下文感知中的神經(jīng)網(wǎng)絡推理。DSP 任務涉及準確和精確的實時重復數(shù)值計算。物聯(lián)網(wǎng)市場的增長促使傳感器得到越來越多的部署，人們需要以節(jié)能的方式實時處理所有收集的數(shù)據(jù)。這種趨勢大力推動了在物聯(lián)網(wǎng)設備上直接處理數(shù)據(jù)，而不是發(fā)送到云端進行處理。

目前正在發(fā)生的另一個趨勢是，人們越來越多地使用基于“人工智能”（AI） 的算法在本地物聯(lián)網(wǎng)設備上進行處理數(shù)據(jù)。人工智能算法基于神經(jīng)網(wǎng)絡模型，需要高水平的并行性能才能高效執(zhí)行。并行計算是 DSP 優(yōu)于通用中央處理器 （CPU） 的關鍵優(yōu)勢，為了滿足這一要求，現(xiàn)代 DSP 架構采用寬矢量和單指令多數(shù)據(jù) （SIMD） 功能。

簡而言之，基于 DSP 的強大解決方案可以滿足現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)設備的高性能計算需求和低功耗要求。

為什么 DSP 非常適合 RTOS？

正如 DSP 是一種專用處理器一樣，RTOS 也是一種專用操作系統(tǒng)。DSP 專門用于極其快速、可靠地處理實際數(shù)據(jù)。RTOS 專門用于可靠地滿足響應/反應時間方面的特定時序要求。正如 DSP 比通用 CPU 更緊湊一樣，與常規(guī)操作系統(tǒng)相比，RTOS 也是如此。這些特性符合物聯(lián)網(wǎng)設備的要求，使得 DSP 和 RTOS 成為物聯(lián)網(wǎng)應用的完美搭檔。

在過去，嵌入式設備通常只有一個專門用途，并且通常利用 8 位或 16 位微控制器執(zhí)行操作。這些設備可以在沒有 RTOS 的情況下實施管理。但是當今的物聯(lián)網(wǎng)設備更加復雜，需要一個 組合 ，CPU 、DSP 以及一個 RTOS，來實現(xiàn)管理控制功能和運行復雜的信號處理任務。

問題是：現(xiàn)代 DSP 是否足以應對物聯(lián)網(wǎng)設備的信號處理和控制功能？答案是肯定的。目前，物聯(lián)網(wǎng)和其他嵌入式設備正在迅速采用混合式 DSP 架構，該架構可同時提供面向 DSP 和面向控制器的功能。這種混合式 DSP 支持超長指令字 （VLIW） 架構實施、單指令多數(shù)據(jù) （SIMD） 操作、單精度浮點、緊湊型代碼、全套 RTOS、超快速上下文切換、動態(tài)分支預測等。因此，無需在物聯(lián)網(wǎng)設備上使用額外的處理器來運行 RTOS。

面向 DSP 的 RTOS

基于 DSP 的 RTOS 操作系統(tǒng)旨在利用 DSP 的高性能特性。它是一種基于優(yōu)先級的搶占式、多任務操作系統(tǒng)，具有極低的中斷延遲。這些 RTOS 帶有驅動程序、應用程序編程接口 （API） 和運行時芯片支持庫 （CSL）。該系統(tǒng)支持控制所有片上外設，比如高速緩存、直接內存訪問 （DMA）、定時器、中斷單元等。因此，物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)人員能夠輕松配置 RTOS 以處理資源請求和管理系統(tǒng)。

RT-Thread（適合物聯(lián)網(wǎng)應用的 RTOS）

RT-Thread 是一種開源的實時操作系統(tǒng) （RTOS）。該 RTOS 針對物聯(lián)網(wǎng)設備進行了專門優(yōu)化，具有資源占用率極低、可靠性出色、可擴展性優(yōu)異等特點。RT-Thread 由豐富的中間件以及物聯(lián)網(wǎng)設備所需的廣泛硬件和軟件生態(tài)系統(tǒng)提供支持。它支持 GCC、Keil、IAR 等所有主流編譯工具，以及各種標準接口，如POSIX、CMSIS、C++ 應用環(huán)境、Micropython 和 Javascript 。RT-Thread 還能為所有主流 CPU 和 DSP 架構提供強大的支持。RT-Thread 借助 RTOS 消息傳遞、信號量等服務，高效一致地處理線程間的通信和同步。RT-Thread 具有兩個版本：標準版本適用于資源豐富的物聯(lián)網(wǎng)設備，Nano 版本適用于資源受限的系統(tǒng)。更多詳細信息，請參閱其網(wǎng)站：https://www.rt-thread.io/

據(jù)報道，截至 2021 年 12 月，RT-Thread 已在 15 億臺設備上運行。［資料來源：RT-Thread］

CEVA DSP 和 RT-Thread RTOS

由于 CEVA 的 DSP 架構是專為支持 RTOS 功能和超快速上下文切換而設計的，因此采用 CEVA DSP 和 RT-Thread RTOS 的物聯(lián)網(wǎng)設備可以處理不同資源之間的許多通信任務，同時不會為此而中斷 RTOS。例如，多核通信接口 （MCCI） 機制可實現(xiàn)內核之間的命令通信和消息傳遞。內核之間的通信是使用 AXI 從屬端口直接訪問專用命令寄存器來實現(xiàn)的。DSP 具有專門的控制和指示，用于通過 MCCI 跟蹤通信狀態(tài)。

多核通信接口

內核之間的消息傳遞是使用每個 32 位的 MCCI_NUM 專用命令寄存器來執(zhí)行的。32 位 COM_REGx 寄存器由外部內核通過 AXI 從屬端口寫入，并且只能由該內核讀取。命令發(fā)起內核最多可以同時寫入四個寄存器（128 位 AXI 總線）或八個寄存器（256 位 AXI 總線）。

當命令發(fā)起內核將命令輸出到 COM_REGx 之后，尋址寄存器將會得到更新，同時 COM_STS 寄存器中的相關狀態(tài)位也會得到更新。此外，一個中斷（MES_INT） 被斷言以通知接收的內核。

接收內核讀取其中一個 COM_REGx 寄存器后，會向發(fā)起內核發(fā)送讀取指示。讀取指示由接收內核使用專用的 RD_IND（讀取指示）MCCI_NUM 位總線接口發(fā)送。RD_IND 總線的每一位分別表示來自其中一個 COM_REGx 寄存器的讀取操作。如果使用 IO 接口，接收內核一次只能讀取一個 COM_REGx 寄存器。因此，多核通信接口不僅更易于實現(xiàn)不同內核之間的同步，而且更易于這些內核上的不同任務之間實現(xiàn)同步。

CEVA 已將許多不同的 RTOS 移植到其 DSP 產(chǎn)品中。最近新增的 RTOS 是 RT-Thread RTOS 普通版和 Nano 版。RT-Thread 已被移植到多個 CEVA DSP，例如 SensPro2、CEVA-BX1、CEVA-BX2、CEVA-XC16 等?！　?/p>

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