基于TMS320C6713B的實(shí)時(shí)數(shù)字視頻消旋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
實(shí)時(shí)數(shù)字視頻消旋系統(tǒng)主要有4部分組成：視頻A／D、DSP、FPGA和幀存儲(chǔ)器。圖l是系統(tǒng)硬件組成框圖。其原理是外界圖像經(jīng)A／D采樣為數(shù)字圖像進(jìn)入FPGA，FPGA將圖像寫入幀存儲(chǔ)器中，DSP根據(jù)上位機(jī)通過(guò)RS-232串口送來(lái)的角速度值，計(jì)算新圖像各點(diǎn)在當(dāng)前幀圖像中的位置，將計(jì)算后的位置送給FPGA，通過(guò)FIGA做地址映射，再將圖像按映射后的地址輸出送D／A顯示或送跟蹤處理模塊進(jìn)行目標(biāo)跟蹤識(shí)別等處理。

2．1 TMS320C6713B數(shù)據(jù)處理單元
在本方案中DSP是數(shù)據(jù)處理的核心，主要是通過(guò)串口讀取上位機(jī)送來(lái)的圖像旋轉(zhuǎn)的角速度信息，根據(jù)該信息進(jìn)行仿射變換，求出旋轉(zhuǎn)后的圖像各點(diǎn)在原圖像中的坐標(biāo)，并將求出的坐標(biāo)寫入FPGA。在計(jì)算圖像精確位置時(shí)需要進(jìn)行大量的浮點(diǎn)運(yùn)算，需要具有高速高精度浮點(diǎn)運(yùn)算能力的DSP。方案采用了美國(guó)TI公司的高性能浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6713B。它采用先進(jìn)的超長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)，為單精度(32位)和64位(雙字)的IEEE浮點(diǎn)操作提供硬件支持，且32位整型乘法可以獲得32位或64位結(jié)果。其內(nèi)部有8個(gè)獨(dú)立的功能單元，2個(gè)定點(diǎn)算術(shù)邏輯單元(ALU)，2個(gè)浮點(diǎn)乘法器，4個(gè)浮點(diǎn)ALU，每個(gè)周期可以執(zhí)行8個(gè)32位指令。內(nèi)部設(shè)計(jì)有32個(gè)32位通用目的寄存器，4 K字節(jié)的L1高速程序緩存器和4K字節(jié)的L1高速數(shù)據(jù)緩存器，256 K字節(jié)的L2兩級(jí)數(shù)據(jù)緩存器。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以最大限度發(fā)揮8個(gè)功能單元的并行運(yùn)算能力，使得DSP在300 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘工作時(shí)，其運(yùn)算能力最高為2 400 MIPS，浮點(diǎn)運(yùn)算能力最高為1 800 MFLOPS，極大地滿足了高速數(shù)據(jù)處理的要求。
另外，DSP6713B片內(nèi)還提供多種集成外設(shè)：多種復(fù)位加載模式(BOOT)、多通道DMA控制器、多通道緩存串口(McBSP)以及能夠與SDRAM、SBSRAM或異步存儲(chǔ)器直接接口的高性能外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)，這些都為數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了極大方便。
2．2 FPGA模塊單元
方案采用了Actel公司推出的第二代基于Flash(閃存)的可編程器件ProASIC Plus系列中的APAl50。該系列器件兼具ASIC(專用集成電路)的性能和FPGA的靈活性于一身，具有150 000個(gè)系統(tǒng)門，邏輯單元為6 144個(gè)，內(nèi)嵌36KB的雙端口SRAM和2個(gè)鎖相環(huán)(PLL)內(nèi)核，支持3．3 V、
32 bit、50 MHz的PCI總線，系統(tǒng)外部性能可達(dá)150 MHz，具有高密度、低功耗、非易失及可重復(fù)編程等特點(diǎn)。因?yàn)镻roASIC Plus系列FPGA基于Hash技術(shù)，利用Hash開(kāi)關(guān)保存內(nèi)部邏輯，因此不需要另外的器件。由于不需要上電配置過(guò)程，因此具備上電就立即工作的特點(diǎn)。另外高度保密，使用者可編程設(shè)置多位密鑰以阻止外界自行讀取或更改器件的配置。
方案中利用APAl50主要實(shí)現(xiàn)邏輯控制、A／D采樣控制、D／A顯示控制、向幀存儲(chǔ)器寫圖像以及完成旋轉(zhuǎn)后的圖像與原始圖像的地址映射等功能。