采用MPC5200實現(xiàn)高速視頻探測的車內應用

汽車廠商正越來越多地通過對車內和車外捕捉到的高速視頻影像進行處理，來提高汽車的安全性。舉例來說，安裝在車內的攝像機可用于確定乘客在車內的位置，從而以最佳方式配置氣囊并避免乘客受到傷害。安裝在車內不同位置的攝像機還可以用于車道偏離監(jiān)測、碰撞前警示、避免碰撞、后倒車燈警示和車距計算等。這些應用中有很多需要以非常高的速率來捕捉視頻影像。相應地，視頻影像必須通過實時的復雜算法進行處理，從而為車內的安全控制系統(tǒng)提供反饋。這是一項非常重要的任務，它可以避免發(fā)生碰撞，或在車輛發(fā)生碰撞的瞬間決定車內乘客的位置。而且，該項技術要要求司機側的引擎絕熱板必須能承受最高85℃的高溫，而在車內的其他部位則需要承受最高達105℃的高溫。

當前，汽車廠商們面臨的挑戰(zhàn)是擁有一種經(jīng)濟高效的技術：強大的處理能力、豐富的接口、良好的環(huán)境適應性和低功率運行。來自于飛思卡爾半導體公司的mpc5200高性能嵌入式處理器能滿足所有這些設計要求，其結構如圖1所示。
---mpc5200集成了一個高性能的mpc603e核心，該核心在400mhz的工作頻率和-40～85℃的溫度范圍內，可達到760mips的處理能力。高性能、雙倍精度的浮點單元(fpu)可加快與其他關鍵任務平行的復雜數(shù)學運算的速度，可運行在105℃條件下的型號還可用于司機座位以外可能需要更高溫度級別的地方。

---在fpu的幫助下，mpc5200處理能力可為大多數(shù)視頻探測算法提供足夠的支持。集成的pci接口則為cmos圖像傳感器提供標準化的高速接口，cmos圖像傳感器能以每秒80至100幀的速率將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絤pc5200中，具體視pci時鐘和照片的分辨率而定。

---bestcomm智能dma控制器能加快攝像機數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻却嬷羞M行處理的速度，從而最大程度地減輕mpc603e主處理器核心上的負荷，使其可以解放出來，處理視頻探測算法等任務。此外，bestcomm控制器的使用還可以降低主核心上的總體中斷負荷，繼而加速總體吞吐量。集成的can和j1850控制器，再加上外置most(面向媒體的系統(tǒng)傳輸)的支持，為汽車安全系統(tǒng)的剩余部分提供了經(jīng)濟高效的集成，并降低了與這些網(wǎng)絡進行通信的延遲。

---下面介紹如何通過pci接口，為mpc5200設計一個基本的高速攝像機接口電路。在本例中，使用了飛思卡爾mcm20014 cmos傳感器，但其他傳感器可以使用幾乎完全相同的接口機制。該接口非常明了，而且只需較少的接口邏輯就能完成連接。

使用mpc5200的時鐘假設

---最可能的xlb釋放目標頻率為132mhz；ipbus為66mhz；pciclk(外部總線時鐘)為66mhz；xtal的預期輸入頻率為33mhz。對于本應用，最大的pci頻率為33mhz。

---xlb與ipbus、ipbus與pciclk間的時鐘比可能為4:1、2:1或1:1。在xlb為132mhz時，ipbus必須設置為4:1或2:1(分別適用于33mhz或66mhz的ipbus)。根據(jù)ipbus 的情況(33mhz、16.5mhz與33mhz ipbus一起工作；或33mhz與66mhz ipbus一起工作)，pciclk可能支持1:1的比率，也可能支持2:1的比率。在處理器端，可能使用一個66mhz的pciclk ，但市場上的圖像傳感器還未達到該速度。

---如果要求50%的負載循環(huán)，生成hclk的pwm輸出值只能是ipbus時鐘的偶整數(shù)商。

---下面介紹幾種可能的時鐘關系。

---xtal：27mhz，xlb：108mhz，ipb：54mhz，pci：27mhz，hclk：13.5mhz(來自ipbus時鐘的4/1比率的pwm)
---xtal：33 mhz，xlb：132mhz，ipb：66mhz，pci：33mhz，hclk：8.25mhz(來自ipbus時鐘的8/1比率的pwm)
---xtal輸入可以變化，以產生不同的運行頻率，但是8.25 mhz的hclk應該適用于攝像機，而且它還在dma時鐘和傳感器數(shù)據(jù)速率(pciclk到hclk)之間提供4:1的差異。這對可能發(fā)生的潛在帶寬問題有所幫助。

---解決方法是在傳感器數(shù)據(jù)總線和pci數(shù)據(jù)總線之間提供接口邏輯。
mpc5200的接口邏輯非常簡單，但還是有一些必須認真考慮的系統(tǒng)應用問題。其中一個值得注意的事項就是，是否將pci總線用于攝像機數(shù)據(jù)傳輸以外的其他用途。如果需要與其他設備共享pci總線，接口邏輯就必須與其他pci目標共存，這就要求有額外的電路。如果不需要與其他任何設備共享pci總線，接口邏輯就可以認為任何pci處理都是針對它的，這樣邏輯就變得非常簡單。
---圖2是mpc5200與接口芯片和cmos傳感器的連接圖，顯示了連接到必需的接口邏輯或直接連接到傳感器的mpc520 pci信號。圖2中的粗線表示三態(tài)的情形?？偩€需要外部上拉電阻，這樣在其輸入值中，接口邏輯就會出現(xiàn)一個邏輯數(shù)字“1”。

傳感器在其幀有效時段中顯示：傳感器上有一幀正準備進行傳輸。該信號將通過irq線連接到mpc5200，幀傳輸需要由mpc5200 pci控制器驅動，信號時序如圖3所示，具體步驟如下。

mpc5200 pci使frame_b輸出低電平，以開始進行處理。ad線由mpc5200通過地址信息進行驅動。接口邏輯可以忽略這一階段。
mpc5200 pci 使irdy_b輸出低電平，以啟動數(shù)據(jù)階段。ad線仍然由mpc5200推動，直到目標(接口邏輯)判斷devsel_b“要求”該處理。
只要目標保持trdy_b處于高狀態(tài)，mpc5200 pci就能使ad總線處于三態(tài)之一(tri-state)，并保持在等待狀態(tài)。
在任何剛出現(xiàn)的pciclk邊緣，其中trdy_b被探測為低，pci就會捕捉到數(shù)據(jù)并認為要傳輸一個數(shù)據(jù)拍。
在完成了下一個到最后一個數(shù)據(jù)拍后，mpc5200 pci使frame_b輸出低電平，這表示正在請求最后一個數(shù)據(jù)拍。
當目標傳輸完最后一個數(shù)據(jù)拍(以trdy_b變低為標志)后，mpc5200 pci使irdy_b輸出低電平，處理完畢。
還有其他一些信號與pci處理有關，但它們用于pci傳輸錯誤的情況中，在本應用中不作要求。
---如果hclk與pciclk的比率為2:1，則pciclk與接口邏輯的連接就沒有必要。如果pciclk與hclk的比率為4:1的話(人們更期望這樣)，需要一個觸發(fā)器來延遲和縮短pci信號trdy_b的持續(xù)時間。
---當兼容3.3伏的cmos攝像機傳感器三態(tài)其數(shù)據(jù)總線時，傳感器的數(shù)據(jù)線路就與pci ad總線進行直接、有效的連接。否則，在這一設計中需要數(shù)據(jù)轉發(fā)器。在對傳感器的linevalid信號進行判斷時，該傳感器只應該驅動數(shù)據(jù)線路。圖4是27mhz的pciclk與13.5mhz(或相似頻率)hclk的2:1邏輯關系圖。

---只有在沒有其他真正的pci目標設備連接到pci接口上時，該示例接口才發(fā)揮作用。否則，某些支持的類型需要通知接口邏輯響應即將到來的pci處理。
---33mhz的pciclk和8.25mhz(或相似頻率)的hclk的2:1邏輯關系如圖5所示。