基于Linux的虛擬試妝系統(tǒng)設(shè)計
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隨著社會的進步，人們對自身形象愈加重視，化妝成為女性一門必修課。如何選擇合適的化妝品對于不少女性來說是一項難題。近幾年針對該問題提出了多種虛擬試妝解決方案。包括通過瀏覽器進行本地與遠程服務(wù)器交互方案及使用Visual C++開發(fā)上位機軟件[1]等。
以Altera公司的SoPC技術(shù)和Linux操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計了一款嵌入式虛擬試妝系統(tǒng)。該系統(tǒng)在SD卡中存儲信息，通過攝像頭采集用戶面部圖像，用戶可通過觸摸屏瀏覽、選擇商品對影像進行上妝，并查看試妝效果，最終達到選購化妝品的目的。系統(tǒng)具有體積小巧、方便易用等特點，適合于各種商場的化妝品柜臺。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
系統(tǒng)以DE2-70為核心板，外接PS2鍵盤錄入信息，通過擴展口分別接入LTM觸摸屏和D5M 500萬像素攝像頭。為使用Linux操作系統(tǒng)，構(gòu)建了基于帶MMU的Nios II處理器的SoPC。通過SDRAM運行內(nèi)核和RAM文件系統(tǒng)，使用SSRAM作為顯示緩存，將硬件編程代碼燒入EPCS，而將壓縮的內(nèi)核、文件系統(tǒng)與引導(dǎo)代碼一起燒入Flash。系統(tǒng)采用Altera大學(xué)計劃IP中的PS2 Controller和Video IPs分別管理PS2接口和觸摸屏的顯示部分，自行編寫硬件模塊實現(xiàn)觸摸屏的配置、攝像頭采集和SSRAM多路復(fù)用。此外，系統(tǒng)還使用SPI模式管理SD/MMC卡以及第三方IP管理網(wǎng)絡(luò)物理芯片。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 運行Linux的最小系統(tǒng)搭建
Linux操作系統(tǒng)對SoPC系統(tǒng)的構(gòu)建有特殊要求，包括帶MMU處理器設(shè)置、全功能定時器啟用、通信終端設(shè)定等。表1總結(jié)了基于Linux系統(tǒng)所需要添加的SoPC組件以及關(guān)鍵設(shè)置[2]。
2.2 影像采集和存儲方案設(shè)計
圖2所示為本系統(tǒng)使用的影像采集和存儲方案。在SoPC系統(tǒng)外，通過Cam_CFG_CAP模塊配置和采集攝像頭數(shù)據(jù)，經(jīng)由SSRAM_WRITE模塊合成指定格式數(shù)據(jù)并生成SSRAM寫時序送入SSRAM_2PORT進行仲裁；SSRAM_2PORT既接收SSRAM_WRITE的數(shù)據(jù)寫入SSRAM的指定區(qū)域，又允許SSRAM Controller訪問SSRAM獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。
(1)SSRAM_WRITE
該模塊分別提取Cam_CFG_CAP傳入RGB分量的高5、6、5 bit數(shù)據(jù)，拼接成16 bit數(shù)據(jù)，讀入兩個像素合成32 bit，同時生成對應(yīng)的21 bit SSRAM地址，將其傳遞給SSRAM_2PORT。
(2)SSRAM_2PORT
該模塊對來自SoPC系統(tǒng)的SSRAM控制器和SSRAM_WRITE的讀寫請求做出仲裁。在CPU讀請求有效期間，SSRAM_2PORT模塊讀取SSRAM中的數(shù)據(jù)發(fā)送給Avalon總線；超出讀請求有效期則接收SSRAM_WRITE模塊圖像數(shù)據(jù)寫入SSRAM。在該模塊中添加兩個DCFIFO分別作為實時圖像數(shù)據(jù)及其對應(yīng)地址的緩沖空間，實現(xiàn)不同時鐘域的數(shù)據(jù)同步。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 開發(fā)包修改及內(nèi)核配置
系統(tǒng)采用NiosWiki社區(qū)發(fā)布的nios2-linux-20090929.tar內(nèi)核開發(fā)包作為軟件開發(fā)基礎(chǔ)。SoPC系統(tǒng)構(gòu)建好后，通過“sopc-create-header-files --single custom_fpga.h”生成自定義硬件對應(yīng)的C語言頭文件，將該文件拷貝到“nios-linux/linux-2.6/arch/nios/include/asm/”路徑中。開發(fā)包通過custom_fpga.h和nios.h兩個文件中的宏定義管理SoPC組件與Linux內(nèi)核驅(qū)動代碼對設(shè)備的映射，同時通過config.c文件內(nèi)置了大量設(shè)備的驅(qū)動支持，由內(nèi)核配置生成的config.h文件和nios.h以及custom_fpga.h共同控制。圖3所示為這三個文件之間的關(guān)系。
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