基于DSP的視頻采集驅動程序的設計

視頻終端的核心是圖像的數字化處理模塊。基于PC機的數字視頻處理，給出了算法研究的途徑，而基于高速DSP的應用模塊才提供了實時嵌入式視頻處理的可能。然而，基于DSP的海量視頻數據的實時處理的關鍵則是實時、合理的視頻數據采集。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DSP/BIOS的環境下運行，實現基于類/微驅動模型的視頻采集驅動程序，并進一步描述采用EDMA(增強的直接存儲器存取控制器)的數字視頻圖像信號的實時傳輸。

　　1 類/微驅動程序模型

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

　　在類/微驅動模型中，類驅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，同時對設備實例進行管理。類驅動通過每個外部設備獨有的微驅動對設備進行操作。微驅動采用芯片支持庫[2]控制外設的寄存器、內存和中斷資源。微驅動程序必須將特定的外部設備有效地表示給類驅動。

　　類驅動使用DSP/BIOS中的API函數[3]實現諸如同步等的系統服務，DSP/BIOS定義了三種類驅動模塊：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類驅動中，調用的API函數已經存在于DSP/BIOS的PIP和SIO模塊中了，這些API函數需將參數傳給相應的適配模塊，才能與微驅動交換數據。而在GIO類驅動中，調用的API函數則直接與微驅動通信。

　　2 基于DM642的視頻采集驅動

　　2.1 硬件結構

　　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。卡上的主要組成模塊有視頻采集模塊、視頻處理模塊以及網絡發送模塊，其中視頻采集模塊主要由DSP芯片DM642[4]、視頻A/D 轉換芯片SAA7115和同步動態存儲器芯片SDRAM等組成，如圖2所示。來自攝像頭的視頻信號通過SAA7115進行數字化處理，輸出的數字視頻信號經過視頻端口的內部FIFO緩沖后，由DM642通過EDMA將數據傳送到片外SDRAM中，以便供視頻應用程序使用。

　　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轉換芯片的無縫接口，因而無需外加CPLD(復雜可編程邏輯器件)和FIFO就可以滿足系統設計的要求。SAA7115支持六路CVBS(復合模擬視頻輸入)或三路S－VIDEO (S端子信號)輸入，支持多種格式的數字RGB和YUV視頻信號輸出。DM642通過IIC總線控制SAA7115的內部寄存器。

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

　　· 可同時處理DM642的三個視頻端口；
　　· 支持應用程序配置視頻采集的參數，支持獲取圖像數據；
　　· 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據進行實時控制和有效的傳輸，因此需要使用硬件中斷，并在中斷服務程序中，根據視頻端口內部FIFO的狀態通過EDMA完成視頻數據的讀入。