一種基于高速DSP的圖像處理應(yīng)用平臺(tái)

引言

　　完成某一特定任務(wù)的圖像處理系統(tǒng)，其硬件方案大體上有三種：使用通用計(jì)算機(jī)[1]、使用ASIC（Application Specific Integrated Circuit）[2]和使用DSP（Digital Signal Processor）[3]。使用通用計(jì)算機(jī)的方案可以應(yīng)用現(xiàn)有的硬件設(shè)備，選擇合適的操作系統(tǒng)，只需要進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。其優(yōu)點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)周期短，費(fèi)用較低，而且產(chǎn)品易于維護(hù)和升級(jí)；缺點(diǎn)是運(yùn)算速度受到限制，對(duì)于算法的運(yùn)算量和復(fù)雜度很高的應(yīng)用場(chǎng)合，難以達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。該方案有二種應(yīng)用場(chǎng)合：算法開(kāi)發(fā)初中期階段及一些實(shí)時(shí)性要求不高的領(lǐng)域。使用ASIC的方案中，所有的運(yùn)算都由硬件實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)時(shí)性會(huì)非常好，但硬件的設(shè)計(jì)是一大難點(diǎn)，而且系統(tǒng)一旦定型，不方便對(duì)其進(jìn)行升級(jí)。使用高速DSP可以說(shuō)是二種方案的折衷，一方面在硬件實(shí)現(xiàn)上只需根據(jù)需求進(jìn)行DSP外圍接口電路的設(shè)計(jì)，另一方面，隨著DSP技術(shù)的快速發(fā)展，高性能芯片的不斷推出，其運(yùn)算能力也能滿(mǎn)足一般圖像處理的要求。而且，系統(tǒng)功能由算法軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)也很方便。

　　本文采用TI公司的多媒體DSP芯片TMS320DM642[4](簡(jiǎn)稱(chēng)DM642)，實(shí)現(xiàn)了一種圖像處理系統(tǒng)基本功能的應(yīng)用平臺(tái)，包含視頻輸入、視頻輸出以及串行通信等功能。

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。以DM642為核心，外部擴(kuò)展了存儲(chǔ)器SDRAM和Flash，分別用于程序運(yùn)行和程序存儲(chǔ)；通過(guò)控制視頻編解碼器完成視頻的采集和輸出；并通過(guò)McBSP接口實(shí)現(xiàn)UART，方便視覺(jué)系統(tǒng)與外界的通信。

圖 1 DSP視覺(jué)系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)中，擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器包括ROM和SDRAM。其中，ROM采用Atmel公司的Flash，型號(hào)是AT49BV1614，其容量為16MBits，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)作為Boot ROM使用；SDRAM由兩片4Banks×512K×32Bits規(guī)格的芯片夠成，型號(hào)是HY57V643220CT，用來(lái)儲(chǔ)存程序、數(shù)據(jù)和視頻。視頻ADC采用Phillips公司的SAA7113，轉(zhuǎn)換精度9Bits，擁有有4個(gè)模擬輸入通道，可輸入4路模擬視頻信號(hào)，輸出接口（VP0）有一個(gè)，支持PAL、NTSC、SECAM這三種主要的模擬視頻制式。視頻輸出DAC芯片采用的是Analog Devices公司推出的ADV7176視頻編碼器，轉(zhuǎn)換精度為10Bits，最高信噪比達(dá)80dB，它在DM642的行、場(chǎng)同步信號(hào)及自己的時(shí)鐘控制下從DM642中讀出數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后輸出到TV顯示器上進(jìn)行顯示。通信接口中利用DM642已有的同步串口McBSP與EDMA實(shí)現(xiàn)UART的方法，硬件上加入一片MAX3323E，實(shí)現(xiàn)CMOS邏輯電平和RS-232邏輯電平之間轉(zhuǎn)換，以滿(mǎn)足與控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口通信的要求。

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　TI為了對(duì)自己的DSP 產(chǎn)品提供軟件開(kāi)發(fā)支持，推出了DSP /BIOS（Basic Input Output System）搶先型、可裁剪的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，它與CCS(Code Composer Studio)編譯環(huán)境集成在一起。使用DSP/BIOS可以進(jìn)行高效的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。本文圖像系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)是基于DSP /BIOS環(huán)境下進(jìn)行的。

3.1 軟件設(shè)計(jì)流程

　　本文圖像處理系統(tǒng)的軟件流程如圖2所示。應(yīng)用主程序需要先完成CSL（Chip Support Library）庫(kù)的初始化，以便在程序中能調(diào)用相關(guān)的芯片級(jí)支持庫(kù)函數(shù)。隨后，開(kāi)EDMA中斷，并使能EDMA中的I2C通道的中斷；開(kāi)VP1、VP2口中斷；初始化并啟動(dòng)I2C的數(shù)據(jù)傳輸，完成對(duì)視頻解碼芯片SAA7113和視頻編碼芯片ADV7176的寄存器的參數(shù)初始化數(shù)配置；配置和啟動(dòng)VP1和VP2視頻口；最后進(jìn)入空閑等待循環(huán)。視頻的采集以中斷的方式進(jìn)行，當(dāng)一幀圖像采集完后，觸發(fā)VP1中斷，系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的中斷子程序?qū)D像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算，求出位置和姿態(tài)等參數(shù)，最后將參數(shù)通過(guò)UART傳輸給控制計(jì)算機(jī)。