基于TMS320DM642的增強視景系統(tǒng)設計與實現

0 引言
隨著現代飛行技術的發(fā)展，以及飛機性能的日益提高，飛行員需要實時獲取的信息越來越多，飛行員不僅要不斷接收和處理各種儀表信息及地面或空中的通報和指揮信息，還需要對各種危險警告和異常信號做出迅速的反應。特別是當飛機進行進場著陸或者起飛及做戰(zhàn)術動作時，飛行員的操作負荷較大。因此如何有效地將各傳感器信息綜合地顯示出來，不僅可以降低飛行員的勞動負荷，還能增強其態(tài)勢的感知能力。傳統(tǒng)的飛行員座艙系統(tǒng)包含大量的機械式儀表，飛行員的操作負荷大，態(tài)勢感知能力弱，而根據對航空事故的調查統(tǒng)計顯示，85％的航空事故是因為飛行員失去態(tài)勢感知能力造成的。因此通過對飛行員座艙系統(tǒng)的良好設計，提高信息的綜合顯示水平能有效地提高飛行員的態(tài)勢感知能力，從而減少飛行事故。
在飛行員座艙系統(tǒng)中采用增強視景和合成視景技術，不僅可以減少飛行員座艙系統(tǒng)中儀表的數量，還能提高信息的綜合顯示水平，降低飛行的勞動負荷，增強飛行員的態(tài)勢感知能力。所謂視景增強系統(tǒng)，就是把機載紅外傳感器和毫米波雷達輸出的圖像疊加在平顯上，在為機組提供機外真實視景的同時，顯示一些下顯給出的重要數據指示。
在此，研究和開發(fā)了基于實時采集圖像傳感器的圖像數據，并在圖像數據上疊加相應的飛行姿態(tài)信息增強視景系統(tǒng)。系統(tǒng)采用TI公司的視頻處理專用芯片DM642，實現了對4路D1(720×576)格式視頻數據的實時采集和顯示。
基于DM642的增強視景系統(tǒng)實現的功能有：
(1)擁有16×8，8×8，5×7的完全ASCII碼點陣字符集，可以自由顯示任意的字符和數字信息；
(2)支持自定義漢字點陣字符集的顯示；
(3)支持基本圖元的繪制，如直線、圓、矩形、圓弧、多邊形、矩形填充等基本GUI功能的實現；
(4)支持靜態(tài)圖片的加載，如logo、靜態(tài)儀表盤等圖形信息的透明和不透明疊加顯示；
(5)實現羅盤儀表的繪制操作，可自由繪制各種數字儀表；
(6)實現導航和預警儀表盤的繪制與顯示；
(7)支持4路視頻的實時采集，可實現多種模式的顯示操作界面，各種模式可以相互自由切換。

1 系統(tǒng)的硬件設計
基于DM642的增強視景系統(tǒng)主要由TMS320DM642數字信號處理器、視頻編解碼模塊、存儲模塊、電源和可編程控制器模塊組成。整個系統(tǒng)結構見圖1。

1．1 系統(tǒng)主控制器及存儲空間拓展
系統(tǒng)采用TMS320DM642作為核心處理器，它基于C64X內核，采用VLIW(超長指令字)結構，最高時鐘可達720 MHz，采用二級緩存結構，擁有豐富的外設接口：擁有3個可配置視頻口，可實現與視頻輸入／輸出的無縫連接；擁有64路可配置EDMA，可靈活實現數據搬移操作；具有64位外部存儲器接口(EMIFA)，可以連接同步或者異步的存儲器和外設；擁有I2C總線接口，可實現對外部編解碼芯片的配置。
TMS320DM642的EMIF在內存中的地址映射分為4個可獨立尋址的空間CE[O：3]，自地址Ox80000000起各占256 MB空間。根據設計中所選芯片的數據寬度等特點，可以對這4個尋址空間進行配置。其中，CE0空間配置成64位寬，只用于SDRAM內存的映射；CE1空間配置成8位寬度，用于FLASH的映射；CE2＼CE3在該設計中未使用，留作將來拓展使用。系統(tǒng)中利用DM642的EMIFA外部存儲器接口進行存儲空間拓展，外擴有2片4M ×32 b SDRAM，共64MB，其占用外部存儲空間的范圍為Ox8000000～0x81FFFFFF，用于存儲視頻幀數據和程序代碼；系統(tǒng)同時外接了4M×8位FLASH芯片，FLASH在CE1子空間占據的內存映射空間為0x90000000～0x9007FFFF，共512 KB空間，用于固化程序和初始化數據。由于TMS320 DM642的外部總線只有EA[22：3]，所以CE1子空間的最大尋址范圍為1M×8b。系統(tǒng)中CE1子空間除了分配給FLASH空間外，還分配給狀態(tài)／控制寄存器等資源使用，FLASH只占據CE1子空間的一半尋址空間，最大可尋址范圍為512K×8 b，而FLASH的設計容量為4M×8 b。所以為了訪問整個FLASH空間，需將FLASH進行分頁，每頁為512 KB，共分8頁，具體的分頁邏輯將在CPLD控制邏輯部分進行詳細介紹。
1．2 視頻解碼模塊
視頻解碼模塊也稱為視頻采集模塊，它由數字視頻解碼芯片SAA7113和視頻源(模擬CVBS信號)組成。對于輸入的圖像，經過視頻解碼模塊A／D轉換后才能送給視頻處理模塊。該解碼模塊采用Philips公司的SAA7113H芯片來進行采集。圖像傳感器輸出的模擬CVBS信號經SAA7113視頻芯片轉化為數字信號，輸出的數字信號經過視頻口的內部FIFO緩沖后，由DM642的EDMA通道將數據傳送到片外SDRAM中，以便視頻處理程序使用。DM642通過I2C控制器對SAA7113進行配置，使其輸出BT．656格式4：2：2的YUV視頻數據流。
1．3 視頻編碼模塊
視頻編碼模塊也稱為視頻顯示模塊，本模塊由兩部分組成，即輸出兩種模式的視頻信號，可以外接CVBS和VGA的顯示終端。
(1)CVBS編碼模塊
該模塊由Philips的編碼芯片SAA7121H和顯示終端組成。它將DM642處理后的。BT．656格式視頻信號轉化成模擬CVBS視頻信號，并通過顯示器顯示處理結果。
(2)VGA編碼模塊
該模塊由VXll28，ADV7125等芯片完成。將BT．656格式的視頻數據轉換成模擬RGB信號，通過VGA接口與顯示終端連接。其中，VX1128接收DSP視頻口輸出的BT．656格式數據流和行場同步信號，輸出24位RGB數據流送給視頻編碼芯片ADV7125；視頻編碼芯片ADV7125將數字格式的RGB信號轉換成模擬的RGB信號，并通過VGA接口送到顯示終端。