基于TMS320C6201 DSP的視頻圖像語音傳輸系統(tǒng)的硬件

　　CS4231A同時(shí)提供了并行和串行接口,支持DMA及中斷工作方式,因而可以通過多種方式與DSP進(jìn)行連接。這里采用的是其中最有效的方式:即串行接口傳輸音頻數(shù)據(jù),并行接口傳輸控制信息。CS4231A使用與DSP的McBSP(多通道緩存串行口)相兼容的串行音頻數(shù)據(jù)接口,這種接口方式為串行音頻數(shù)據(jù)提供了一個(gè)專用通道而不必占用DSP的EMIF的帶寬。在串行數(shù)據(jù)流中,CS4231A先傳輸左聲道數(shù)據(jù)然后傳輸右聲道數(shù)據(jù),并且傳輸時(shí)高位在前(與McBSP的工作方式相兼容)。CS4231A串口通過多路復(fù)用芯片CBT3257的4個(gè)2選1復(fù)用器連接到DSP的McBSP,這一設(shè)置使McBSP可以與板上的CS4231A相連,也可以在任一時(shí)刻與自己的具體應(yīng)用子板相連。CS4231A包含1個(gè)8位寬度的并行控制/狀態(tài)接口,通過把接口寄存器映射到DSP的EMIF空間來進(jìn)行控制和狀態(tài)讀取。這樣就使控制接口和音頻數(shù)據(jù)相分離,避免了在單個(gè)碼流上的信號(hào)復(fù)用,簡(jiǎn)化了軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。CS4231A是5V器件,DSP是3.3V器件,它們相互連通后得并行控制信號(hào),并且必須通過總線收發(fā)器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。

　　CODEC模塊支持線性和話筒的多路輸入:音頻的放大器用來對(duì)話筒輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)防和濾波;線性輸入經(jīng)過無源濾波、交流耦合送入CS4231A,輸入插座可以用來連接立體聲源,通過軟件可以獨(dú)立控制左、右輸入聲道的選擇和各自的增益。CODEC還包含一個(gè)可通過DSP軟件控制衰減的線性輸出。

2.3 系統(tǒng)擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)

　　(1)程序存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)預(yù)置。由于對(duì)不同的成像條件,要求其視頻運(yùn)動(dòng)估算和圖像處理算法能夠自動(dòng)適應(yīng),所以必須存儲(chǔ)多種算法備選。因此要求選用大容量的存儲(chǔ)器或者多片小容量的存儲(chǔ)器。片外8位或16位的程序存儲(chǔ)器必須配置在TMS320C6201EMIF(外存接口)的CE1空間。這是因?yàn)?①系統(tǒng)復(fù)位后只能從CE1載入引導(dǎo)程序。②EMIF的4個(gè)存儲(chǔ)空間中,只有CE1可以與8位或16位的“窄存儲(chǔ)空間”接口。根據(jù)預(yù)存程序和數(shù)據(jù)的大小估計(jì),采用相應(yīng)容量的Flash ROM。

　　(2)采用SDRAM擴(kuò)充系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元。在高速DSP視頻處理系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的作用是暫存圖像數(shù)據(jù)。而高速DSP器件TMS320C6201的片上數(shù)據(jù)RAM只有3Mb,無法保證大量數(shù)據(jù)的處理,因此必須擴(kuò)充片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。其原因是:①系統(tǒng)對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量要求。假如圖像要求分辨率為320×240,每個(gè)采樣點(diǎn)的灰度層為8位,則1幀單色圖像所占的的存儲(chǔ)空間為256KB,三色圖像為3×256KB。如果處理算法涉及到n幀圖像,存儲(chǔ)空間就為n倍。一般情況下,DSP視頻處理系統(tǒng)工作時(shí)允許在多種算法之間進(jìn)行選擇,它所要求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量應(yīng)該以涉及到幀數(shù)最多的算法來估計(jì)。②視頻圖像處理過程中圖像數(shù)據(jù)的存放安排。根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn),在內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM和片外數(shù)據(jù)RAM的構(gòu)成中,為了獲得較快的處理速度,必須注意數(shù)據(jù)的存放位置。這里,針對(duì)視頻圖像處理算法的性質(zhì)給出存放數(shù)據(jù)的原則是:(a)幀內(nèi)處理算法。處理時(shí)所用到的只是當(dāng)前幀的一部分?jǐn)?shù)據(jù)。需要存放的數(shù)據(jù)量很小,此時(shí)待處理以及已處理的視頻數(shù)據(jù)可以同時(shí)存放于片上RAM。(b)幀間處理算法。涉及到的數(shù)據(jù)量超過2幀以上時(shí),則待處理的數(shù)據(jù)及處理過的數(shù)據(jù)均存于SDRAM,片內(nèi)RAM只存放運(yùn)算的中間結(jié)果。(c)片上數(shù)據(jù)的存放應(yīng)注意地址的沖突問題。③SDRAM型號(hào)的選取。出于為系統(tǒng)圖像壓縮處理充分預(yù)留空間的需要,選用型號(hào)為MT48LC8M16A2(16MB)的SDRAM,根據(jù)DSP數(shù)據(jù)線為32位寬,選用2片MT48LC8M16A2進(jìn)行擴(kuò)展,總的擴(kuò)展存儲(chǔ)容量為32MB。

2.4 系統(tǒng)以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用以太網(wǎng)作為傳輸介質(zhì)。但目前還未有自帶以太網(wǎng)接口的DSP。所以采用以太網(wǎng)控制器RTL8019AS與DSP構(gòu)成以太網(wǎng)互連接口。

　　RTL8019AS是臺(tái)灣Realtek公司生產(chǎn)的以太網(wǎng)控制器,支持IEEE802.3;支持8位或16位數(shù)據(jù)總線;內(nèi)置16KB的SRAM,用于收發(fā)緩沖;全雙工,收發(fā)同時(shí)達(dá)到10Mbps;支持10Base5、10Base2、10BaseT,并能自動(dòng)檢測(cè)所連接的介質(zhì),在ISA總線網(wǎng)卡中占有相當(dāng)比例。RTL8019AS與主機(jī)有3種接口模式:跳線模式、PnP模式和RT模式。

　　為了簡(jiǎn)化DSP網(wǎng)絡(luò)接口的軟、硬件設(shè)計(jì),不使用遠(yuǎn)程自舉加載功能,并且選用跳線接口模式。用DSP的擴(kuò)展I/O口代替跳線器對(duì)RTL8019AS進(jìn)行初始化配置。這樣既省去了93C46的功能,又避免了跳線器更改資源配置的麻煩。RTL8019AS的總線接口與ISA總線兼容。雖然不能與DSP的外部總線直接接口,但是只要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的邏輯變換就可以實(shí)現(xiàn)直接接口。另外,DSP的總線電平為3.3V,而RTL8019AS的接口電平為5V,因此二者接口時(shí)要使用電平轉(zhuǎn)換器。

2.5 電源模塊及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

　　TMS320C6201的電源采用2種電壓供電:即內(nèi)核電壓1.8V,I/O電壓3.3V。DSP對(duì)這2個(gè)電壓有上電順序的要求,要求內(nèi)核電源(CVdd)先于I/O電源(DVdd)上電。為此在電源模塊的選用上,采用二套電源模塊,通過撥碼開關(guān)構(gòu)成互補(bǔ)模式,這樣就能夠保證系統(tǒng)在一套電源模塊失效時(shí)還能夠繼續(xù)工作,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。這二套電源模塊分別是:PT公司針對(duì)TI公司的DSP生產(chǎn)的電源模塊PT6405B(5V～3.3V)和PT6502B(5V～1.8V),該類型的電源模塊具有穩(wěn)定、額定電流大(3A)等優(yōu)點(diǎn);另一套是由MAXIM公司生產(chǎn)的、采用帶有同步整流器的DC-DC轉(zhuǎn)換器MAX1742(輸出電流1A)和MAX1644(輸出電流2A),配合適當(dāng)?shù)耐鈬娐贩謩e對(duì)DSP的I/O和內(nèi)核供電。

　　為了保證TMS320C6201芯片在電源低于要求的電平時(shí)不會(huì)產(chǎn)生不受控制的狀態(tài),系統(tǒng)中應(yīng)加入電源監(jiān)控電路,以確保DSP在系統(tǒng)加電過程中及電源電壓低于一定門限值時(shí)始終處于復(fù)位狀態(tài)。監(jiān)控電路采用TI公司的TPS3307-33d(它還可接一手動(dòng)復(fù)位開關(guān))。

3 結(jié)束語

　　本文設(shè)計(jì)的基于TMS320C6201的視頻圖像語音傳輸系統(tǒng),與采用專用芯片加FPGA構(gòu)成的系統(tǒng)比較,其硬件性能有了很大的提高。在軟件實(shí)現(xiàn)上也更加靈活多樣、修改方便。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,可靠性高,實(shí)時(shí)性強(qiáng),能夠廣泛地運(yùn)用于軍事、科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。