基于TMS320C32的嵌入式RTOS視頻網(wǎng)絡(luò)檢測系統(tǒng)

摘要：介紹了基于DSP芯片TMS320C32圖像處理平臺的網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)，給出了使用專用視頻輸入處理芯片SAA711和CPLD實(shí)現(xiàn)高速連續(xù)視頻幀采集的設(shè)計(jì)思路。同時給出了該系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中基于PPP協(xié)議的Internet的連接方法。

關(guān)鍵詞：PCI總線；PPP協(xié)議；DSP；VxWorks操作系統(tǒng)；嵌入式

在遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)由于其穩(wěn)定性和實(shí)時性優(yōu)于傳統(tǒng)平臺而得到迅速發(fā)展。本文提出了一種以ＤＳＰ芯片和ＶｘＷｏｒｋｓ為操作系統(tǒng)的新型嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

１　測試系統(tǒng)工作原理

圖１所示的測試系統(tǒng)的主要任務(wù)是采用ＤＳＰ芯片處理通過攝像頭拍攝并經(jīng)過Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的圖像。整個系統(tǒng)由視頻解碼器、ＤＳＰ和ＰＣＩ總線專用芯片組成。系統(tǒng)通過ＰＣＩ總線同通信平臺交換數(shù)據(jù)，同時通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測控制，圖１所示是其系統(tǒng)框圖。

２　關(guān)鍵設(shè)計(jì)及器件選擇

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是視頻處理卡的設(shè)計(jì)，一般的視頻檢測卡功能有限，不能滿足本項(xiàng)目的需求，為此，筆者自行設(shè)計(jì)了一塊視頻檢測卡。其結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示。

２．１ ＴＭＳ３２０Ｃ３２的功能特點(diǎn)

本測試系統(tǒng)中的ＤＳＰ芯片選用Ｔ Ｉ公司的Ｔ Ｍ Ｓ ３ ２ ０ Ｃ ３ ｘ系列產(chǎn)品，該器件的工作頻率為４０ＭＨｚ；采用哈佛總線結(jié)構(gòu)。并且擁有獨(dú)特的指令系統(tǒng)和硬件乘加運(yùn)算；外帶２５６ｋ３２Ｂｉｔ的ＦＬＡＳＨ、２ｋ８Ｂｉｔ的ＮＶＲＡＭ和２５６ｋ３２Ｂｉｔ的ＳＲＡＭ。該芯片是在ＴＭＳ３２０Ｃ３０的基礎(chǔ)上簡化而來的，含有ＴＭＳ３２０Ｃ３０的ＣＰＵ內(nèi)核。

ＴＭＳ３２０Ｃ３２的主要功能如下：

●帶有程序引導(dǎo)功能；

●串行接口傳輸和存儲器均可支持８、１６、３２位的數(shù)據(jù)；

●可產(chǎn)生邊沿中斷和電平中斷；

●可由用戶編程設(shè)定中斷向量表地址；

● 具有空等待和低功耗兩種電源管理方式；

●具有兩個ＤＭＡ通道；

●功能強(qiáng)大的外部存儲器接口既可以滿足視頻解碼接口８位數(shù)據(jù)的要求，又可以實(shí)現(xiàn)ＰＣＩ接口３２位數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)傳輸；

●靈活的程序加載可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程；

一般情況下，Ｓ５９３３和ＤＳＰ之間的硬件連接就是利用ＤＳＰ的讀寫信號Ｒ／ Ｗ、地址選通控制信號ＩＯＳＴＲＢ、外部設(shè)備就緒信號ＲＤＹ和部分地址信號以及Ｓ５９３３的ＦＩＦＯ狀態(tài)信號ＷＲＦＵＬＬ來進(jìn)行簡單的時序和邏輯組合，從而生成對Ｓ５９３３外加總線接口的讀寫控制信號。

２．２ 其它器件的選擇

本系統(tǒng)中的ＣＰＬＤ芯片選用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＥＰＭ９３２０ＲＣ２０８。兩組幀存儲器Ａ和Ｂ采用ＣＹＰＲＥＳＳ公司生產(chǎn)的兩塊ＣＹ７Ｃ１０４９芯片，該芯片的容量為５１２ｋ８ｂｉｔ，存取時間不超過１５ｎｓ，能滿足圖像實(shí)時采集要求。通過ＣＰＬＤ內(nèi)部的一個乒乓開關(guān)控制模塊可自動完成幀間讀寫兩個通道接口的切換。而ＤＳＰ和ＳＡＡ７１１３之間的所有控制信號接口邏輯和時序轉(zhuǎn)換都由ＣＰＬＤ來完成，并可編程修改，因而提高了系統(tǒng)的使用靈活性和可靠性。圖３所示是ＥＰＭ９３２０ＲＣ２０８與ＣＹ７Ｃ１０４９的接口控制邏輯框圖。

ＰＣＩ總線專用接口芯片Ｓ５９３３是一種功能強(qiáng)大且使用靈活的ＰＣＩ總線控制器專用芯片，該芯片符合ＰＣＩ局部總線規(guī)范２．１版本，它既可作為ＰＣＩ總線目標(biāo)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)基本的傳送；也可作為ＰＣＩ總線主控設(shè)備訪問其它ＰＣＩ總線設(shè)備。Ｓ５９３３的峰值傳送速率為１３２Ｍｂｐｓ?３２位ＰＣＩ數(shù)據(jù)線?。該器件提供有３個物理總線接口：ＰＣＩ總線接口、外加總線接口（ＡＤＤ－ＯＮ ＢＵＳ）以及可選的ＮＶ存儲器接口。

ＳＡＡ７１１３的作用是實(shí)現(xiàn)模擬圖像的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。ＤＳＰ與ＳＡＡ７１１３之間的硬件接口的控制邏輯包括兩個子模塊：幀圖像寫入控制器和乒乓開關(guān)，這兩種功能可由一塊ＣＰＬＤ來完成。

在視頻卡設(shè)計(jì)中，電源模塊的設(shè)計(jì)也非常關(guān)鍵，它直接影響著視頻卡的最后實(shí)現(xiàn)和穩(wěn)定運(yùn)行。

本監(jiān)控系統(tǒng)采用ＴＩ公司的ＴＰＳ３３０７－３３Ｄ來作為電源檢測ＩＣ。該器件的Ｒｅｓｅｔ有效電源復(fù)位電壓值定義為ＶＤＤ＝１．１Ｖ。ＴＰＳ３３０７－３３Ｄ可同時監(jiān)視兩種獨(dú)立電壓，還可控制另外一種電壓，這種電壓可以獨(dú)立調(diào)整并在內(nèi)部與復(fù)位邏輯電路相連。

３　通信平臺的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)包括底層軟件和系統(tǒng)軟件兩部分，其中底層軟件主要是ＤＳＰ圖像處理算法以及啟動等運(yùn)行程序，這些程序可在ＣＣＳ環(huán)境下由Ｃ語言編寫并進(jìn)行匯編優(yōu)化，ＣＣＳ是ＴＩ公司發(fā)布的ＤＳＰ軟件運(yùn)行環(huán)境；

在系統(tǒng)軟件方面，基于ＰＣＩ總線的圖像處理系統(tǒng)所面臨的難點(diǎn)頗多，其中難度最大的是ＰＣＩ驅(qū)動問題。

３．１ 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件可以選用以ＶｘＷｏｒｋｓ為操作系統(tǒng)的嵌入式設(shè)計(jì)方法。

ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統(tǒng)的集成環(huán)境叫Ｔｏｒｎａｄｏ。Ｔｏｒ-ｎａｄｏ集成環(huán)境是一個高效明晰的圖形化實(shí)時應(yīng)用開發(fā)平臺，它包括一套完整的、面向嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)測工具。ＶｘＷｏｒｋｓ的優(yōu)點(diǎn)如下：

（１）具有較好的可裁減性；

（２）支持應(yīng)用程序的動態(tài)鏈接和動態(tài)下載；

（３）具有較好的兼容性；

（４）具有很高的可靠性和穩(wěn)定性；

（５）具有很好的實(shí)時性；

ＶｘＷｏｒｋｓ的多任務(wù)機(jī)制對任務(wù)的控制采用優(yōu)先級搶占和輪轉(zhuǎn)調(diào)度機(jī)制，從而充分保證了實(shí)時性，并可用同樣的硬件配置滿足更強(qiáng)的實(shí)時性要求，以便為應(yīng)用開發(fā)留下更大的余地。

ＰＣＩ設(shè)備有三種物理存儲空間：配置空間、存儲器空間和Ｉ／Ｏ空間。其中配置空間是長度為２５６字節(jié)的一段連續(xù)空間，空間定義如圖４所示，在配置空間中，只讀空間包括設(shè)備標(biāo)識、供應(yīng)商代碼、修改版本、分類代碼以及頭標(biāo)類型。其中供應(yīng)商代碼用來標(biāo)識設(shè)備供應(yīng)商的代碼；設(shè)備標(biāo)識用來標(biāo)識某一特殊的設(shè)備；修改版本標(biāo)識設(shè)備的版本號；分類代碼用來標(biāo)識設(shè)備的種類；而頭標(biāo)類型用來標(biāo)識頭類型以及是否為多功能設(shè)備。除供應(yīng)商代碼之外，其他字段的值可由供應(yīng)商分配。

基地址寄存器最重要的功能是分配ＰＣＩ設(shè)備的系統(tǒng)地址空間。在基地址寄存器中，ｂｉｔ０（最低位）可用來標(biāo)識到底是存儲器空間還是Ｉ／Ｏ地址空間?；刂芳拇嫫饔成涞酱鎯ζ骺臻g時，ｂｉｔ０為“０”，而當(dāng)其映射到Ｉ／Ｏ地址空間時，ｂｉｔ０為“１”。

在驅(qū)動ＰＣＩ設(shè)備時，首先是ＰＣＩ設(shè)備的查找。嵌入式操作系統(tǒng)一般都提供有相應(yīng)的ＡＰＩ函數(shù)查找。而在ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統(tǒng)中，通過函數(shù)ｐｃｉＦｉｎｄＤｅｖｉｃｅ?ＰＣＩ＿ＶＥＮＤＯＲ＿ＩＤ?ＰＣＩ＿ＤＥＶＩＣＥ?ｉｎｄｅｘ? ＆ｐｃｉＢｕｓ? ＆ｐｃｉＤｅｖｉｃｅ，＆ｐｃｉＦｕｎｃ＿可以找到供應(yīng)商代碼為ＰＣＩ＿ＶＥＮＤＯＲ＿ＩＤ、設(shè)備標(biāo)識為ＰＣＩ＿ＤＥＶＩＣＥ的第ｎ（ｉｎｄｅｘ＋１）個設(shè)備，并且返回總線號、設(shè)備號以及功能號，然后分別保存于＆ｐｃｉＢｕｓ、＆ｐｃｉＤｅｖｉｃｅ、＆ｐｃｉ-Ｆｕｎｃ中。

其次是ＰＣＩ設(shè)備的配置。通過操作系統(tǒng)提供的ＡＰＩ函數(shù)可以訪問ＰＣＩ設(shè)備的配置空間，從而完成ＰＣＩ設(shè)備基址寄存器的配置、中斷配置、以及ＲＯＭ基地址寄存器的配置，最終得到ＰＣＩ存儲器空間和Ｉ／Ｏ地址空間的映射以及設(shè)備中斷號等。在ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統(tǒng)中，訪問ＰＣＩ設(shè)備配置空間的ＡＰＩ函數(shù)有：ｐｃｉＣｏｎｆｉｇＯｕｔＬｏｎｇ和ｐｃｉＣｏｎｆｉｇＩｎＬｏｎｇ等，它們可分別完成對ＰＣＩ設(shè)備配置空間的讀寫操作。

然后是根據(jù)ＰＣＩ設(shè)備的配置參數(shù)來編寫不同設(shè)備的初始化程序、中斷服務(wù)程序以及對ＰＣＩ設(shè)備存儲空間的訪問程序。

３．２ 遠(yuǎn)程控制與通信鏈路

由于基于串行口的ＰＰＰ協(xié)通信方式現(xiàn)已被各種ＩＳＰ所接受。而且ＶｘＷｏｒｋｓ系統(tǒng)也支持ＰＰＰ協(xié)議，因此，在ＶｘＷｏｒｋｓ下通過Ｍｏｄｅｍ建立與ＩＳＰ的物理連接，然后再完成設(shè)備的ＰＰＰ數(shù)據(jù)鏈路設(shè)置，就可以通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

４　結(jié)束語

圖像采集系統(tǒng)的關(guān)鍵是如何對大容量的信息進(jìn)行暫存、壓縮、傳輸和處理。本系統(tǒng)可以很好地解決這ｎ個難題。在圖像信息暫存方面充分利用ＤＳＰ存儲空間的可擴(kuò)展性，可保證系統(tǒng)暫存信息量的足夠大；而信息壓縮則是ＤＳＰ最擅長做的事情，ＤＳＰ可以在很短的時間內(nèi)完成大量的信息壓縮工作；ＰＣＩ總線的引入可保證信息在足夠的帶寬下進(jìn)行快速傳輸。而采用嵌入式ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統(tǒng)又使得系統(tǒng)具有良好的靈活性和適應(yīng)性，同時也大大降低了系統(tǒng)成本。