嵌入式多線程高速數(shù)據(jù)實時傳輸軟件設計與實現(xiàn).pdf

1、嵌入式實時通信設備在當今社會中的應用已經(jīng)非常普遍，尤其在軍用領域或其他特殊場合，具有多媒體傳輸功能、可在一定范圍內(nèi)進行點對點通信的設備越來越受歡迎。數(shù)據(jù)傳輸應用層軟件是實時通信系統(tǒng)的重要組成部分，負責數(shù)據(jù)在設備內(nèi)部的雙向傳輸，它是否能夠?qū)崟r、可靠地進行數(shù)據(jù)傳輸對設備的通信質(zhì)量有著至關重要的影響。嵌入式實時通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸軟件在設計和實現(xiàn)時往往面臨以下挑戰(zhàn)：
　　(1)多任務管理：設計適用于復雜的并發(fā)通信環(huán)境的多任務程序結(jié)構，并

2、解決共享資源訪問控制、調(diào)度、同步等難題；
　　(2)數(shù)據(jù)傳輸性能：實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中可靠、實時地傳輸，而不影響系統(tǒng)性能；
　　(3)軟件性能優(yōu)化：對有限的嵌入式資源作精細管理，保證程序的穩(wěn)定運行，并最大限度地提高軟件的通用性，便于移植和裁剪。
　　本文在廣泛研究多種實時通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸軟件的實現(xiàn)后，在自主研發(fā)的嵌入式手持式通信平臺上，設計并實現(xiàn)了基于多線程、多媒體編解碼、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g的應用層數(shù)據(jù)傳輸軟件，并通

3、過大量測試驗證了其功能和性能。
　　本文首先結(jié)合應用場景和硬件平臺條件，詳細分析了手持式通信平臺中數(shù)據(jù)傳輸軟件的功能需求和性能需求。根據(jù)需求，采用自頂向下的方法設計了軟件實現(xiàn)方案：首先根據(jù)軟件總體框架規(guī)劃了多線程程序結(jié)構，將軟件劃分為主控、上行、下行三個主要線程；其次依照模塊化的軟件設計原則設計了主線程與子線程間的交互模式和管理方式；最后根據(jù)通信功能需求分別設計了音頻、文件、視頻傳輸?shù)裙δ苣K的實現(xiàn)方案。
　　接下來，本文在

4、設計的基礎上對數(shù)據(jù)傳輸軟件進行了實現(xiàn)：運用嵌入式多線程機制、互斥鎖、條件變量、線程數(shù)組等方法，實現(xiàn)了主控線程、上下并行線程和各子功能線程，以及線程之間的調(diào)度、協(xié)作和同步；采用音視頻編解碼技術、DMA(Direct Memory Access)直接存儲器訪問技術、雙數(shù)據(jù)緩存區(qū)機制、互斥鎖隊列等方法，在實現(xiàn)了大量數(shù)據(jù)實時、高速傳輸?shù)耐瑫r，保證了系統(tǒng)其它進程的運行不受影響；另外，本文還針對該軟件設計了專門的內(nèi)存分配和釋放模塊，實現(xiàn)了對內(nèi)存資源

5、的統(tǒng)一管理。
　　本文最后對數(shù)據(jù)傳輸軟件做了功能測試和性能分析：首先，用黑盒測試的方式在單端重點對DMA數(shù)據(jù)傳輸模塊、上下層數(shù)據(jù)接口，以及音頻、文件、視頻等子功能模塊分別進行了大量測試，驗證了軟件內(nèi)部的數(shù)據(jù)讀寫功能正常；其次，在實際的通信場景中，分別對音頻、文件、視頻通信進行了測試，證明了數(shù)據(jù)傳輸軟件能夠滿足實時通信的要求；最后對軟件進行性能測試和分析，重點測試了傳輸過程中各階段的速率，通過分析速率匹配情況驗證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。