基于機(jī)器視覺的嵌入式高速圖像通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（2）圖像信號的處理和控制模塊，該模塊由 DSP和兩片 SRAM組成，完成了整個系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)的處理和對各模塊的集中控制與處理，DSP選用了 TI公司的通用 16位定點(diǎn) DSP芯片 TMS320VC5409,其指令的處理速度達(dá)到 100MIPS，通過片內(nèi)的鎖相環(huán)倍頻使 DSP內(nèi)部工作在 100M的頻率上，而外部的工作頻率可以相對較低，這就降低了電路設(shè)計(jì)的要求，提高了工作的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)圖像采集的一幀圖像是 720×576象素，如果取彩色圖像，每象素用 2個字節(jié)表示，每幀圖像是 720×576×16=6.4Mb，分成奇數(shù)場和偶數(shù)場分別存儲在兩片 SRAM中，則每片的 SRAM存儲 3.2Mb的圖像數(shù)據(jù)，因此選用了 256K×16=4M位的靜態(tài)存儲器（SRAM）。在圖像處理領(lǐng)域，通常只需要黑白圖像，可以只取圖像的黑白部分，每象素用 1個字節(jié)表示，每幀圖像是 3.2Mb ，每片 SRAM存儲 1.6Mb的圖像數(shù)據(jù)。所采用的 EZ-USB芯片理論速率是 480Mbps，實(shí)際測得的速率是 320Mbps，因此圖像采集卡每秒傳輸約 5幀彩色圖像或 10幀黑白圖像。

（3）USB傳輸和控制模塊，設(shè)計(jì)中選用的芯片是EZ-USB FX2系列的CY7C68013芯片，該芯片是針對 USB2.0的，而且和 USB1.0兼容，由于 USB2.0的速度可以達(dá)到480Mb/S，并且FX2自身具有EP2，EP4，EP6和EP8的4個大流量端點(diǎn)，CY7C68013可以實(shí)現(xiàn)從外部存儲器高速的讀取和寫入數(shù)據(jù)。在圖像的采集、存儲和傳輸設(shè)計(jì)上，不再是奇數(shù)場存儲在奇數(shù)SRAM，偶數(shù)場存儲在偶數(shù)SRAM。最重要的改進(jìn)是一幀圖像在完成行延時和像素延時之后，當(dāng)偶數(shù)場到來后，先把偶數(shù)場的一半存儲在緊鄰奇數(shù)場數(shù)據(jù)的奇數(shù) SRAM中，然后再把余下的偶數(shù)場數(shù)據(jù)的一半存儲在緊鄰偶數(shù)場數(shù)據(jù)的偶數(shù) SRAM中。CY7C68013擁有 4個大容量端點(diǎn)，恰好滿足了整個系統(tǒng)對實(shí)時性的要求。在 USB從兩個 SRAM讀取圖像數(shù)據(jù)時，USB并不是從兩個SRAM“乒乓”式的讀取圖像數(shù)據(jù)，而是充分地利用 USB2.0的速度特點(diǎn)，由 CPLD的時序調(diào)度來先讀取奇數(shù)SRAM，然后讀取偶數(shù)SRAM。

（4）系統(tǒng)接口以及終端圖像還原和存儲模塊，系統(tǒng)中各個模塊之間都需要通過接口來實(shí)現(xiàn)模塊間通信，因此接口的選擇是系統(tǒng)是保證系統(tǒng)通信速度的關(guān)鍵。其中CPLD 和 DSP 都具有很高的數(shù)據(jù)處理速度 ,如何將這兩個器件的處理速度協(xié)調(diào)起來 ,會直接影響整體系統(tǒng)的運(yùn)行速度 ,這就涉及到 CPLD如何與 DSP接口的問題。關(guān)鍵是選擇 DSP的接口方式和配置CPLD的片內(nèi)RAM。系統(tǒng)中DSP與 SDRAM 用EMIF 的方式接口。同時，CPLD內(nèi)部的存儲器主要是 Block RAM ,可用作雙口 RAM ,正好可將 CPLD 模塊中的結(jié)果緩沖器設(shè)為雙口 RAM ,一端是輸入 ,另一端則模擬為SDRAM 的接口。這樣就將 CPLD 與 DSP 有機(jī)地連接在一起。系統(tǒng)與終端的接口采用的是 480Mb/s的 USB2.0通用串行接口，用于發(fā)送和接受各種數(shù)據(jù)及控制信號。PC機(jī)端通過 USB接口接受數(shù)據(jù)，然后存儲到終端硬盤上，進(jìn)行圖像的還原和處理。

圖 1 系統(tǒng)模塊
系統(tǒng)工作流程：系統(tǒng)上電以后， DSP從外部 FLASH進(jìn)行程序自舉，將程序引導(dǎo)進(jìn)入片內(nèi)高速 RAM中運(yùn)行。DSP對 SAA7111A，TL16C750（異步通信芯片）進(jìn)行初始化配置。初始化結(jié)束后，DSP進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)接收到手動或是軟件自動鏈路請求時， DSP進(jìn)行鏈路撥號。鏈路成功后， DSP通過 CLKX產(chǎn)生觸發(fā)脈沖通知 CPLD可以采集圖像。從 CCD捕捉到的模擬視頻信號經(jīng)過SAA7111A的模數(shù)轉(zhuǎn)換，由CPLD控制寫入片外高速大容量SRAM儲存，直到一幀圖像存儲完畢， CPLD交出總線。然后 USB控制器 FX2從兩片 SRAM中讀取奇數(shù)場和偶數(shù)場的圖像數(shù)據(jù)。一幀圖像采集結(jié)束后，CPLD置高 HOLD，同時產(chǎn)生中斷，通知 DSP。DSP收回總線，進(jìn)行圖像傳輸。圖像采集部分的 TOKEN信號外接 LED，LED的亮、滅狀態(tài)可以直觀地顯示系統(tǒng)進(jìn)程階段。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
3.1 DSP控制程序設(shè)計(jì)
DSP硬件控制程序用來管理硬件各部分工作方式及指定數(shù)據(jù)流向和組織方式 , 從 DSP執(zhí)行的內(nèi)外影響主要可以分為內(nèi)部的算法操作，和對外部的控制操作兩個部分。其中外部的聯(lián)系主要是兩個方面:一個是和CPLD控制通道的相互交換;一個是和DSP與CPLD數(shù)據(jù)交換存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)的 DSP部分的軟件編寫采用模塊化編程，主程序只是在循環(huán)檢測按鍵情況，如果需要就調(diào)用需要的功能模塊函數(shù)，其主函數(shù)中的部分代碼如下:
While (1) { order num=scan key()://掃描按鍵 switch (order num)
{ case collection order://圖像采集命令 image_collection();//圖像采集 image_process();//圖像處理
image_save();//圖像保存 case usb_transfer://USB傳輸數(shù)據(jù)命令 set usb_transfer();//調(diào)用相應(yīng)模塊 default:; }}