一種基于高速DSP的圖像處理應用平臺

引言

　　完成某一特定任務的圖像處理系統，其硬件方案大體上有三種：使用通用計算機[1]、使用ASIC（Application Specific Integrated Circuit）[2]和使用DSP（Digital Signal Processor）[3]。使用通用計算機的方案可以應用現有的硬件設備，選擇合適的操作系統，只需要進行應用程序的開發。其優點在于開發周期短，費用較低，而且產品易于維護和升級；缺點是運算速度受到限制，對于算法的運算量和復雜度很高的應用場合，難以達到實時性要求。該方案有二種應用場合：算法開發初中期階段及一些實時性要求不高的領域。使用ASIC的方案中，所有的運算都由硬件實現，因此實時性會非常好，但硬件的設計是一大難點，而且系統一旦定型，不方便對其進行升級。使用高速DSP可以說是二種方案的折衷，一方面在硬件實現上只需根據需求進行DSP外圍接口電路的設計，另一方面，隨著DSP技術的快速發展，高性能芯片的不斷推出，其運算能力也能滿足一般圖像處理的要求。而且，系統功能由算法軟件來實現，對系統的維護和升級也很方便。

　　本文采用TI公司的多媒體DSP芯片TMS320DM642[4](簡稱DM642)，實現了一種圖像處理系統基本功能的應用平臺，包含視頻輸入、視頻輸出以及串行通信等功能。

2、系統硬件設計

　　系統硬件組成如圖1所示。以DM642為核心，外部擴展了存儲器SDRAM和Flash，分別用于程序運行和程序存儲；通過控制視頻編解碼器完成視頻的采集和輸出；并通過McBSP接口實現UART，方便視覺系統與外界的通信。

圖 1 DSP視覺系統硬件組成結構圖

　　系統中，擴展的外部存儲器包括ROM和SDRAM。其中，ROM采用Atmel公司的Flash，型號是AT49BV1614，其容量為16MBits，在系統啟動時作為Boot ROM使用；SDRAM由兩片4Banks×512K×32Bits規格的芯片夠成，型號是HY57V643220CT，用來儲存程序、數據和視頻。視頻ADC采用Phillips公司的SAA7113，轉換精度9Bits，擁有有4個模擬輸入通道，可輸入4路模擬視頻信號，輸出接口（VP0）有一個，支持PAL、NTSC、SECAM這三種主要的模擬視頻制式。視頻輸出DAC芯片采用的是Analog Devices公司推出的ADV7176視頻編碼器，轉換精度為10Bits，最高信噪比達80dB，它在DM642的行、場同步信號及自己的時鐘控制下從DM642中讀出數據，經過D/A轉換后輸出到TV顯示器上進行顯示。通信接口中利用DM642已有的同步串口McBSP與EDMA實現UART的方法，硬件上加入一片MAX3323E，實現CMOS邏輯電平和RS-232邏輯電平之間轉換，以滿足與控制計算機進行串口通信的要求。

3、系統軟件設計

　　TI為了對自己的DSP 產品提供軟件開發支持，推出了DSP /BIOS（Basic Input Output System）搶先型、可裁剪的實時多任務操作系統，它與CCS(Code Composer Studio)編譯環境集成在一起。使用DSP/BIOS可以進行高效的應用程序開發。本文圖像系統的軟件開發是基于DSP /BIOS環境下進行的。

3.1 軟件設計流程

　　本文圖像處理系統的軟件流程如圖2所示。應用主程序需要先完成CSL（Chip Support Library）庫的初始化，以便在程序中能調用相關的芯片級支持庫函數。隨后，開EDMA中斷，并使能EDMA中的I2C通道的中斷；開VP1、VP2口中斷；初始化并啟動I2C的數據傳輸，完成對視頻解碼芯片SAA7113和視頻編碼芯片ADV7176的寄存器的參數初始化數配置；配置和啟動VP1和VP2視頻口；最后進入空閑等待循環。視頻的采集以中斷的方式進行，當一幀圖像采集完后，觸發VP1中斷，系統調用相應的中斷子程序對圖像數據進行處理計算，求出位置和姿態等參數，最后將參數通過UART傳輸給控制計算機。