基于DSP的視頻采集驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)

視頻終端的核心是圖像的數(shù)字化處理模塊。基于PC機(jī)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)處理的關(guān)鍵則是實(shí)時(shí)、合理的視頻數(shù)據(jù)采集。本文針對(duì)自行研制的基于TMS320DM642(以下簡(jiǎn)稱DM642)DSP的視頻處理板卡，使其在C64x系列DSP的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DSP/BIOS的環(huán)境下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)基于類/微驅(qū)動(dòng)模型的視頻采集驅(qū)動(dòng)程序，并進(jìn)一步描述采用EDMA(增強(qiáng)的直接存儲(chǔ)器存取控制器)的數(shù)字視頻圖像信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸。

　　1 類/微驅(qū)動(dòng)程序模型

　　C64x系列的DSP系統(tǒng)給出了類/微驅(qū)動(dòng)模型[1] 的驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)，采用該模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，應(yīng)用程序可以復(fù)用絕大部分相似設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，從而提高驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)效率。類/微驅(qū)動(dòng)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，該模型在功能上將驅(qū)動(dòng)程序分為依賴硬件層(微驅(qū)動(dòng))和不依賴硬件層(類驅(qū)動(dòng))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(dòng)，而是通過(guò)類驅(qū)動(dòng)對(duì)其進(jìn)行控制。每一個(gè)類驅(qū)動(dòng)在應(yīng)用程序代碼中表現(xiàn)為一個(gè)API函數(shù)，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)微驅(qū)動(dòng)的接口IOM與微驅(qū)動(dòng)進(jìn)行通信。

　　在類/微驅(qū)動(dòng)模型中，類驅(qū)動(dòng)通常用于完成多線程I/O請(qǐng)求的序列化功能和同步功能，同時(shí)對(duì)設(shè)備實(shí)例進(jìn)行管理。類驅(qū)動(dòng)通過(guò)每個(gè)外部設(shè)備獨(dú)有的微驅(qū)動(dòng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。微驅(qū)動(dòng)采用芯片支持庫(kù)[2]控制外設(shè)的寄存器、內(nèi)存和中斷資源。微驅(qū)動(dòng)程序必須將特定的外部設(shè)備有效地表示給類驅(qū)動(dòng)。

　　類驅(qū)動(dòng)使用DSP/BIOS中的API函數(shù)[3]實(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)交換數(shù)據(jù)。而在GIO類驅(qū)動(dòng)中，調(diào)用的API函數(shù)則直接與微驅(qū)動(dòng)通信。

　　2 基于DM642的視頻采集驅(qū)動(dòng)

　　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(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器芯片SDRAM等組成，如圖2所示。來(lái)自攝像頭的視頻信號(hào)通過(guò)SAA7115進(jìn)行數(shù)字化處理，輸出的數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)視頻端口的內(nèi)部FIFO緩沖后，由DM642通過(guò)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(dá)到4800MIPS，它的最大特點(diǎn)是芯片內(nèi)部集成了三個(gè)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(wú)縫接口，因而無(wú)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(jì)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(hào))輸入，支持多種格式的數(shù)字RGB和YUV視頻信號(hào)輸出。DM642通過(guò)IIC總線控制SAA7115的內(nèi)部寄存器。

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

　　· 可同時(shí)處理DM642的三個(gè)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(chǎng)圖像的采集，支持對(duì)CVBS和S－VIDEO兩種模擬信號(hào)的采集。

　　在視頻采集過(guò)程中，最重要的是對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(guò)EDMA完成視頻數(shù)據(jù)的讀入。