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(tǒng)，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(xiàn)有的硬件設備，選擇合適的操作系統(tǒng)，只需要進行應用程序的開發(fā)。其優(yōu)點在于開發(fā)周期短，費用較低，而且產(chǎn)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(fā)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(xiàn)，因此實時性會非常好，但硬件的設計是一大難點，而且系統(tǒng)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(xiàn)上只需根據(jù)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(fā)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(tǒng)功能由算法軟件來實現(xiàn)，對系統(tǒng)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(xiàn)了一種圖像處理系統(tǒng)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(tǒng)硬件設計

　　系統(tǒng)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(xiàn)UART，方便視覺系統(tǒng)與外界的通信。

圖 1 DSP視覺系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)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(tǒng)啟動時作為Boot ROM使用；SDRAM由兩片4Banks×512K×32Bits規(guī)格的芯片夠成，型號是HY57V643220CT，用來儲存程序、數(shù)據(jù)和視頻。視頻ADC采用Phillips公司的SAA7113，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)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(xiàn)UART的方法，硬件上加入一片MAX3323E，實現(xiàn)CMOS邏輯電平和RS-232邏輯電平之間轉(zhuǎn)換，以滿足與控制計算機進行串口通信的要求。

3、系統(tǒng)軟件設計

　　TI為了對自己的DSP 產(chǎn)品提供軟件開發(fā)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(tǒng)，它與CCS(Code Composer Studio)編譯環(huán)境集成在一起。使用DSP/BIOS可以進行高效的應用程序開發(fā)。本文圖像系統(tǒng)的軟件開發(fā)是基于DSP /BIOS環(huán)境下進行的。

3.1 軟件設計流程

　　本文圖像處理系統(tǒng)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(diào)用相關的芯片級支持庫函數(shù)。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(shù)據(jù)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(shù)初始化數(shù)配置；配置和啟動VP1和VP2視頻口；最后進入空閑等待循環(huán)。視頻的采集以中斷的方式進行，當一幀圖像采集完后，觸發(fā)VP1中斷，系統(tǒng)調(diào)用相應的中斷子程序?qū)D像數(shù)據(jù)進行處理計算，求出位置和姿態(tài)等參數(shù)，最后將參數(shù)通過UART傳輸給控制計算機。