基于DM642的視頻處理系統(tǒng)硬件設計

近年來，視頻處理系統(tǒng)的研究受到了人們越來越多的關注，發(fā)展也非常迅速。同時，視頻技術也是一門跨越很多學科的技術，在此基礎上又衍生出了很多的新的技術和研究方向，比如人臉識別技術和圖像邊緣檢測算法的研究以及視頻壓縮算法的研究等?，F(xiàn)在視頻處理系統(tǒng)有著廣泛的應用，比如交通路口的監(jiān)控裝置、在機場、港口以及一些公共場所使用的視頻監(jiān)控設備等。如果視頻技術再和圖像處理等技術結(jié)合起來，那么其應用的范圍和深度都會有很大的提高，比如在安防領域可以用于輔助識別危險目標和恐怖分子等，這些技術在民用領域和軍事領域都有著廣泛的應用。
針對以上這些應用需求，本文采用TI公司的TMS320DM642(以下簡稱DM642)數(shù)字多媒體處理芯片設計了一套視頻處理系統(tǒng)。文中主要介紹了系統(tǒng)的硬件設計和調(diào)試過程。

1 系統(tǒng)硬件設計方案
1．1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
視頻處理系統(tǒng)的硬件設計采用的DSP是DM642，它是一款高性能的數(shù)字多媒體處理器，最高運算速度可達5760MIPS(每秒百萬條指令)，可以滿足復雜算法的實時處理要求。視頻信號需要通過CCD攝像頭采集。
視頻解碼芯片將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供DSP進行運算處理。DM642的視頻接口(VP口)共有3個，其中VP0和VP1都是20位，10位用于視頻輸入，另外10位用于音頻輸入。VP2口也是20位，可以分為兩路視頻輸入。在本文設計的視頻處理系統(tǒng)中，采集到的模擬視頻信號經(jīng)過視頻解碼芯片模／數(shù)轉(zhuǎn)換后，形成BT．656格式的數(shù)字視頻信號，通過DM642的VP0口輸入。
數(shù)字信號經(jīng)過DM642的軟件編碼器進行編碼壓縮處理，編碼壓縮生成的視頻碼流數(shù)據(jù)打包后通過RJ-45接口經(jīng)以太網(wǎng)傳送到遠端的上位機，上位機作為SERVER，這樣就構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)。通過DM642獨立多媒體接口(MII)，片外連接一片以太網(wǎng)處理芯片，就可以構(gòu)成10／100 Mbpa以太網(wǎng)模塊。本地回放由視頻編碼芯片來完成。
通過DM642的EMIF接口可以連接SDRAM和Flash存儲器。盡管DSP提供了片內(nèi)RAM，但是在大多數(shù)情況下不能滿足系統(tǒng)的要求；同時對于要求實時處理的系統(tǒng)而言，又要求盡量減小在數(shù)據(jù)流動過程中由于存儲器讀寫造成的時間開銷，因此在系統(tǒng)中配置了高性能的SDRAM，它在運行程序和數(shù)據(jù)處理時使用。Flash在系統(tǒng)中主要是用來存放系統(tǒng)軟件和配置參數(shù)的。
系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

在該視頻處理系統(tǒng)上集成了相當數(shù)量的板上設備以適應不同的應用環(huán)境，其主要特點為：
1)系統(tǒng)的運行頻率為600 MHzc。
2)2個視頻端口：1個為板上解碼器，1個為板上編碼器。
3)32 MB的同步DRAM空間。
4)2 MB的Flash空間。
5)以太網(wǎng)接口。
6)配有仿真器接口可以用來進行JTAG仿真。
7)供電電壓為+5 V。
8)蜂鳴器報警。
1．2 存儲器模塊設計
在數(shù)據(jù)處理模塊中，DSP芯片、SDRAM芯片和Flash芯片這3塊芯片是整個模塊電路的核心。該模塊的功能是完成與外部數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)傳輸和程序存儲器的程序讀寫任務。通過JTAG接口電路與仿真器相連后接到計算機主機進行仿真調(diào)試，實現(xiàn)與目標主機的數(shù)據(jù)交換。
1．2．1 SDRAM接口設計
在系統(tǒng)的硬件設計中，SDRAM內(nèi)存芯片選用Micron公司生產(chǎn)的MT48LCAM3282-1Mx32×4 banks。SDRAM，即Synchronous DRAM(同步動態(tài)隨機存儲器)，表明它的工作速度是和系統(tǒng)的總線速度同步的。MT48LC4M3282總線最高時鐘為166 MHz，它主要用來存儲數(shù)據(jù)和程序，SDRAM的刷新由DSP芯片自動控制。MT48LCAM3282是一款高速CMOS動態(tài)隨機存儲器，它內(nèi)部配置為4個區(qū)的同步接口。
DM642的EMIF可以對SDRAM的地址屬性進行編程，它和SDRAM可以實現(xiàn)無縫連接。EMIFA最大的時鐘總線可達133 MHz。SDRAM控制器可以支持16 M～256 Mbit的SDRAM芯片。TMS320DM642上的Cache容量有限，所以視頻數(shù)據(jù)通常存放在片外SDRAM中，在需要用到的時候通過EDMA把數(shù)據(jù)從片外搬移到片內(nèi)處理，這樣就可以提高程序的執(zhí)行效率四。TMS320DM642的SDRAM接口圖如圖2所示。

由于TMS320DM642的數(shù)據(jù)總線是64位，而每片MT48LC4M3282的數(shù)據(jù)總線是32位，所以需要并聯(lián)兩片MT48LC4M3282才能構(gòu)成64位的數(shù)據(jù)總線，這樣才可以與TMS320DM642的EMW數(shù)據(jù)總線相連。參照DM642數(shù)據(jù)手冊中SDRAM的配置方法，EA15、EA16控制SDRAM的組，EA3-EA14控制行地址，EA3-EA11控制列地址，片選信號接到DM642的上，這樣就把SDRAM分配到CE0空間上。
1．2．2 Flash接口設計
DM642 EMIFA的異步接口為各種存儲器和外設類型提供了可配置的存儲器周期類型，包括SRAM、EPROM、Flash等，在本系統(tǒng)中Flash采用的是SST公司生產(chǎn)的SST39VF1601 Flash，片選信號接到DM642的引腳上。當DSP上電后，DSP通過增強的直接存儲器訪問從外部的CE1尋址空間復制1 K字節(jié)的數(shù)據(jù)傳給內(nèi)部存儲空間，然后再從內(nèi)部存儲空間0x0處開始運行，所以Flash ROM必須配置在DSP的CE1空間，在DSP存儲器中對應的地址是0x90000000-0x90200000。
1．3 JTAG接口設計
JTAG接口是調(diào)試環(huán)境和目標板之間的接口，它的好處是可以讓開發(fā)者在對目標板進行開發(fā)的同時可以不改變目標板的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而方便了系統(tǒng)的開發(fā)與測試。XDS510仿真器通過JTAG接口將系統(tǒng)板與電腦連接起來，這樣就可以使用TI提供的集成化開發(fā)環(huán)境對系統(tǒng)進行調(diào)試了。JTAG接口采用標準的雙排14腳插座。系統(tǒng)的JTAG接口電路如圖3所示。