基于TMS320DM642的視頻采集驅(qū)動程序的實現(xiàn)

　　視頻終端的核心是圖像的數(shù)字化處理模塊?；赑C機的數(shù)字視頻處理，給出了算法研究的途徑，而基于高速DSP的應(yīng)用模塊才提供了實時嵌入式視頻處理的可能。然而，基于DSP的海量視頻數(shù)據(jù)的實時處理的關(guān)鍵則是實時、合理的視頻數(shù)據(jù)采集。本文針對自行研制的基于TMS320DM642(以下簡稱DM642)DSP的視頻處理板卡，使其在C64x系列DSP的實時操作系統(tǒng)DSP/BIOS的環(huán)境下運行，實現(xiàn)基于類/微驅(qū)動模型的視頻采集驅(qū)動程序，并進一步描述采用EDMA(增強的直接存儲器存取控制器)的數(shù)字視頻圖像信號的實時傳輸。

　　1 類/微驅(qū)動程序模型

　　C64x系列的DSP系統(tǒng)給出了類/微驅(qū)動模型[1] 的驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)，采用該模型進行驅(qū)動程序設(shè)計，應(yīng)用程序可以復(fù)用絕大部分相似設(shè)備的驅(qū)動程序，從而提高驅(qū)動程序的開發(fā)效率。類/微驅(qū)動模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，該模型在功能上將驅(qū)動程序分為依賴硬件層(微驅(qū)動)和不依賴硬件層(類驅(qū)動)兩層，并在兩層之間給出通用接口。上層的應(yīng)用程序不直接控制微驅(qū)動，而是通過類驅(qū)動對其進行控制。每一個類驅(qū)動在應(yīng)用程序代碼中表現(xiàn)為一個API函數(shù)，并通過標準微驅(qū)動的接口IOM與微驅(qū)動進行通信。

　　在類/微驅(qū)動模型中，類驅(qū)動通常用于完成多線程I/O請求的序列化功能和同步功能，同時對設(shè)備實例進行管理。類驅(qū)動通過每個外部設(shè)備獨有的微驅(qū)動對設(shè)備進行操作。微驅(qū)動采用芯片支持庫[2]控制外設(shè)的寄存器、內(nèi)存和中斷資源。微驅(qū)動程序必須將特定的外部設(shè)備有效地表示給類驅(qū)動。

　　類驅(qū)動使用DSP/BIOS中的API函數(shù)[3]實現(xiàn)諸如同步等的系統(tǒng)服務(wù)，DSP/BIOS定義了三種類驅(qū)動模塊：管道管理模塊(PIP)、流輸入輸出管理模塊(SIO)和通用輸入輸出模塊(GIO)。在PIP和SIO類驅(qū)動中，調(diào)用的API函數(shù)已經(jīng)存在于DSP/BIOS的PIP和SIO模塊中了，這些API函數(shù)需將參數(shù)傳給相應(yīng)的適配模塊，才能與微驅(qū)動交換數(shù)據(jù)。而在GIO類驅(qū)動中，調(diào)用的API函數(shù)則直接與微驅(qū)動通信。

　　2 基于DM642的視頻采集驅(qū)動

　　2.1 硬件結(jié)構(gòu)

　　筆者利用TI公司的多媒體處理芯片DM642自行研制了嵌入式視頻處理板卡?？ㄉ系闹饕M成模塊有視頻采集模塊、視頻處理模塊以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊，其中視頻采集模塊主要由DSP芯片DM642[4]、視頻A/D 轉(zhuǎn)換芯片SAA7115和同步動態(tài)存儲器芯片SDRAM等組成，如圖2所示。來自攝像頭的視頻信號通過SAA7115進行數(shù)字化處理，輸出的數(shù)字視頻信號經(jīng)過視頻端口的內(nèi)部FIFO緩沖后，由DM642通過EDMA將數(shù)據(jù)傳送到片外SDRAM中，以便供視頻應(yīng)用程序使用。

　　主芯片DM642的處理能力達到4800MIPS，它的最大特點是芯片內(nèi)部集成了三個可配置的視頻端口[5]，這些視頻端口提供了與通用視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片的無縫接口，因而無需外加CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)和FIFO就可以滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。SAA7115支持六路CVBS(復(fù)合模擬視頻輸入)或三路S－VIDEO (S端子信號)輸入，支持多種格式的數(shù)字RGB和YUV視頻信號輸出。DM642通過IIC總線控制SAA7115的內(nèi)部寄存器。

　　采用類/微驅(qū)動模型編寫DM642芯片視頻端口的視頻采集驅(qū)動程序，驅(qū)動必須滿足如下幾個基本功能：

　　· 硬件中斷；
　　· 可同時處理DM642的三個視頻端口；
　　· 支持應(yīng)用程序配置視頻采集的參數(shù)，支持獲取圖像數(shù)據(jù)；
　　· 支持場圖像的采集，支持對CVBS和S－VIDEO兩種模擬信號的采集。

　　在視頻采集過程中，最重要的是對視頻數(shù)據(jù)進行實時控制和有效的傳輸，因此需要使用硬件中斷，并在中斷服務(wù)程序中，根據(jù)視頻端口內(nèi)部FIFO的狀態(tài)通過EDMA完成視頻數(shù)據(jù)的讀入。

　　2.2 視頻采集驅(qū)動程序的框架構(gòu)建

　　視頻采集驅(qū)動程序包括類驅(qū)動和微驅(qū)動兩個模塊，視頻采集驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)框架如圖3所示。

 　　類驅(qū)動使用GIO模塊，GIO模塊的傳輸模式是基于流輸入輸出模塊的同步I/O模式的，更適合文件系統(tǒng)I/O，如視頻采集的應(yīng)用。該模塊的主要API函數(shù)的描述如表1所示。

　　在圖3中，應(yīng)用程序使用GIO_create函數(shù)創(chuàng)建GIO通道，并通過調(diào)用GIO_submit函數(shù)直接與微驅(qū)動的IOM交換數(shù)據(jù)，完成視頻數(shù)據(jù)的采集。