TMS320C542在脫機視頻編/解碼系統(tǒng)中的應用

視頻圖象編/解碼的目的一方面要將模擬視頻信號轉化為數字信號來傳輸,另一方面,由于單純的視頻模數轉換所得到的圖像數據量非常龐大,必須應用圖象壓縮技術減少數據量。在圖象編/解碼領域有兩種實現方式,一種是基于微機平臺的實現方式,圖象數據通過微機軟件或者是利用基于微機總線的圖象處理卡進行壓縮編碼,并且可以通過PC網絡進行數據傳輸。另一種方式拋開了微機平臺,應用DSP為主的微處理器算法對圖象進行壓縮/解壓縮的編/解碼處理。后一種方式構成的系統(tǒng)被稱為脫機圖象系統(tǒng)。脫機圖象系統(tǒng)由于設備體積小,應用靈活簡便,受到廣泛的關注。隨著微處理技術的發(fā)展,專用的圖象壓縮/解壓縮ASIC芯片涌現,圖象處理算法已經集成于ASIC中,這就簡化了脫機圖象系統(tǒng)的設計實現。

　　雖然專用圖象壓縮/解壓縮芯片已經集成了編/解碼的算法,但是圖象壓縮效果的實時調節(jié)、數據速率的控制和圖象數據的傳輸仍然需要高速微處理器加以控制實現。本文主要從硬件設計角度,介紹在一個脫機視頻圖象編/解碼系統(tǒng)中,高速DSP芯片TMS320C542的設計應用。

　　1 TMS320C542的外圍接口功能

　　TMS320C542是美國TI公司C54x系列DSP中的一款。它是16位定點運算的高速微處理芯片,運算速度為40MIPS,工作電壓為5V,片內RAM有10K字,是該系列中片內RAM較大的。C542主要的外圍硬件接口功能如下：

　　?并行IO接口,包括16位地址線和16位數據線。地址線是單向的輸出引腳,數據線為雙向引腳。協該接口工作的還有數據區(qū)選通信號DS、程序區(qū)選通信號PS、IO端口選通信號IS、存儲訪問的數據鎖存信號MSTRB、IO端口訪問的數據鎖存信號IOSTRB和讀寫信號R/W。

　　?5條外部中斷信號線,其中有一個是不可屏蔽中斷,其余的4個是可屏蔽中斷。

?1條程序條件跳轉控制輸入線和1條外部標志信號輸出線XF。

　　?兩個串行通信號,其中一個是具有數據緩沖區(qū)的高速串口BSP,另一個是時分復接TDM串行通信口。數據緩沖串口BSP由全雙工的串行接口和最大可以達到2K字長的數據緩沖區(qū)構成,當采用緩沖發(fā)送/接收模式時,緩沖區(qū)中的數據的發(fā)送/接收過程不影響DSP運行其它程序代碼。

　　?主控接口HPI,用于外部處理器或者微機總線與DSP之間的數據訪問控制。外部處理器或微機可以利用這個接口訪問DSP內部的指定內存空間,進行數據的讀出或寫入,而不妨礙DSP內部程序正常的運行處理。即使外部處理器的處理速度很慢,HPI接口也不會減慢或停止DSP的運算。如果外部處理器有必要申請DSP的服務,也可以利用此端口引發(fā)DSP的相應中斷。

　　作為脫機視頻編/解碼系統(tǒng)核心的DSP既要具有高速的計算能力,又希望能夠提供良好的外圍接口和通信接口,C542的性能符合本系統(tǒng)的需要。

　　2 DSP的外圍關系

　　本系統(tǒng)中DSP的外圍器件比較多,而且各自都具有特殊的功能和用法,所以理順它們的電氣關系,是系統(tǒng)設計的首要問題。

　　2.1 DSP的程序載入所需要的外圍

　　C542的運行程序除了廠家直接燒制到片內ROM的情況外,需要外加器件幫助DSP存儲程序。在系統(tǒng)上電復位后,首先要將程序代碼由片加載到DSP的片內RAM中再執(zhí)行。C54x提供了多種程序加載的方法：HPI接口程序加載方法、8位I/O接口程序加載方法、16位I/O接口程序加載方法、8位并行EPROM程序加載方法、16位并行EPROM程序加載方法和串口程序加載方法。本系統(tǒng)選擇用一片32K×8bit的EPROM采用8位并行ERTPM的程序加載方法給DSP加載程序。

　　DSP在上電打電報位后首先讀取IO端口地址為OFFFFh的數據SRC。這個16位數據SRC的最低兩位bit1-0決定用戶所選擇的程序下載方法。當這兩位是01時,即可選擇8位并行EPROM程序加載方法。然后,SRC的bit7-2位數據乘以2 10后的結果將作為DSP訪問EPROM的起始地址。此后,DSP將把程序代碼從這個起始地址開始的數據區(qū)載入到程序區(qū)里去執(zhí)行。

本系統(tǒng)將一片32K×8bit的EPROM作為起始地址為8000h的數據空間存儲加載程序。此時，SRC的bit7～0應設置為10000001。本系統(tǒng)依據CMOS電路規(guī)范,采用4.7kΩ的電阻將DSP數據線的第0、7位上拉為高電平,同時數據線的1～6位用4.7kΩ電阻下拉接地。電阻的使用使得一方面當有器件驅動數據總線時不會影響數據線上的正確邏輯,另一方面當DSP訪問0FFFFh的IO端口時,只要其它芯片釋放數據總線,DSP就可以讀取到正確的SRC數據。

　　2.2 專用視頻圖象編/解碼ASIC

　　專用視頻圖象編/解碼ASIC可以提供16位的數據接口,通過4根地址線來選擇訪問ASIC的內部不同寄存器的數據。通過這個接口,DSP可以設置視頻圖象編/解碼的工作狀態(tài),圖象壓縮效果。通過這個接口,DSP也可以讀取到圖象的相關統(tǒng)計數據,比如圖象的總亮度,像素的最大亮度和最小亮度等信息,以便為DSP調整壓縮效果提供依據。通過這個接口,還可以讀出壓縮圖象數據或者寫入壓縮圖象數據,此時,該接口等效為一個FIFO接口,這個專用視頻編/解碼ASIC能夠主動發(fā)出服務請求中斷,向DSP申請數據訪問和控制處理。

　　根據這個專用視頻編/解碼ASIC的接口特點,本系統(tǒng)利用DSP的IO端口來訪問處理該外設器件。

　　2.3 低速控制單片機

　　DSP作為高速的運算處理器不適合低速的控制應用。本系統(tǒng)中,對圖象亮度、色度和對比度的調節(jié),對攝像云臺的控制,對用戶控制器信號的接收以及對系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈的顯示,都是一些低速的控制。本系統(tǒng)選用單片機來完成這些工作,這樣同時也就需要DSP和單片機交換控制命令。

　　C542的HPI接口提供了一個很好的DSP和單片機之間通信的解決方法。雖然HPI接口的8條數據線和5條訪問控制線要占用單片機的13個IO引腳,但是本系統(tǒng)所有單片機IO資源是足夠的。有了HPI接口,單片機可以將用戶命令發(fā)送給DSP,并通過引發(fā)DSP中斷申請DSP處理。DSP也可以將命令通過HPI接口要求單片機執(zhí)行相應操作。利用HPI接口的特點,兩個微處理器之間的通信不必匹配數據輸速率,也不會影響各自程序的執(zhí)行速度。