基于DM642机器视觉系统的设计与实现

2．3．2 存储器模块

外扩了SDRAM及FLASH两种存储器。

1 )SDRAM存储器

在CE0空间连接了64bit的SDRAM总线。选取2片48LCHM3282来构成SDRAM。这32M的SDRAM空间用来存储程图像数据和图像处理中间结果等信息。总线由外部PLL驱动设备控制，在133MHz的最佳运行状态下运行。SDRAM的刷新由TMS320DM642自动控制。

2 )FLASH存储器

本系统扩展了1M的FLASH，映射在CE1空间的低位。FLASH存储器选用1M*8的MBM29DL800。FLASH存储器主要用于DSPs程序的存储。CE1空间被配置成8bit，异步接口，FLASH存储器也是8bit。复位后的默认地址是000，并进行1K数据的上电自动引导。

2． 4 以太网模块

DM642上的EMAC接口为DSP处理内核与网络提供了一个有效的接口。他支持10Base-T、100 Base-TX，可工作在10Mbits/second 和 100Mbits/second的速度下进行全双工或半双工传输。并提供硬件流量控制和QOS支持。

DM642的EMAC接口支持到计算机网络协议的数据链路层，支持标准的MII接口（媒体无关接口）与物理层设备相连。物理层设备使用BROADCOM公司的BCM5221，加Pulse公司的1：1型隔离变压器H1102。

网络图像及控制信息的传输采用非面向连接的UDP协议，对于480*480大小的8位灰度的图像，每秒可传送20幅。

2． 5 IO模块与串行接口模块

IO接口由FPGA控制，用于向机械部分、自动控制部分发送控制信号，并行IO接口有两路，一路经LV162245驱动输出，一路经光耦进行隔离输出。

串行接口使用TI公司的TL16C752B UART，他与ST16C550 UART引脚兼容，并具有更大的发送、接收FIFO缓存（发送、接收各64Byte ），支持硬件、软件流量控制。电平转换采用MAXIM公司的MAX3160，RS-232、RS-485、RS-422等多种传输协议。

3、FPGA实现图像预处理算法

以FPGA实现3*3 Sobel边缘检测为例，介绍FPGA实现图像预处理的方法。

首先,应从视频信号中提取出3*3 大小的图像框。须使用三个FIFO，其大小与一行像素大小相同，将三个FIFO串行连接在一起。用视频信号的前三行充满三个FIFO，之后每来一个像素在写入FIFO的同时,从每个FIFO中读出一个像素的亮度值，分别放入三个移位寄存器。如此，在三个像素点之后就得到一个3*3的矩形框。随着视频信号的不断流入，矩形框将遍历整个图像区域。

之后，就可以对提取出来的像素点，进行各种算法的处理。

以下是用Verilog语言描述的3*3 Sobel算子：

wire[10:0] temp1,temp2,temp3,temp4;

wire[7:0] sobel1,sobel2,sobel3,sobel4;

wire[7:0] dataout;

assign temp1 = temp[1] + temp[2] + temp[3];

assign temp2 = temp[7] + temp[8] + temp[9];

assign temp3 = temp[1] + temp[4] + temp[7];

assign temp4 = temp[3] + temp[6] + temp[9];

assign sobel1 = (temp1>temp2)?(temp1-temp2):0 ;

assign sobel2 = (temp3>temp4)?(temp3-temp4):0 ;

assign sobel3 = (sobel1>8’d 255) ? 8’d255 : sobel1;

assign sobel4 = (sobel2>8’d 255) ? 8’d255 : sobel2;

assign dataout[7:0] = ((sobel3 > sobel4)?sobel3[7:0]:sobel4[7:0]);

其中，考虑到了数据计算的溢出或结果为负值的情况，边缘检测效果良好。

4、结束语

本次设计为机器视觉系统搭建图像处理部分的硬件平台，结合机器视觉系统发展的两大趋势：嵌入式系统与网络技术。基于美国德州仪器公司新近推出的6000系列DSPs芯片TMS320CDM642，利用TMS320DM642芯片上提供的Video Port和Ethernet Media Access Controller实现视频采集与网络技术的结合。利用在线可编程技术，在FPGA中实现必要的图像预处理算法，减轻TMS320DM642的负担，为后续的图像实时检测打下了良好的基础。

本次设计实现了对于480*480的灰度图像，通过以太网进行25 Frames/s的流畅的传输。

以下为FPGA实现的Sobel边缘提取算法的效果：

图3.原始图像与Sobel边缘提取后的图像

创新观点:

本文将机器视觉与网络技术相结合,使用TI公司新近推出的6000系列DSPsTMS320DM642为核心,应用ALTERA公司的FPGA,用其实现图像预处理,减轻了DSPs的负担.应用网络技术实现图像传输.

参考文献:

[1] 徐志军,徐光辉.CPLD/FPGA的开发与应用. 北京:电子工业出版社,2002
[2]TI公司.TMS320DM642 Data Sheet.
[3]TI公司.TMS320C6000 DSP EMAC／MDIO Module Reference Guide.
[4]TI公司. TMS320C64x DSPVideo Port/VCXO Interpolated Control (VIC) Port Reference Guide.
[5]Samir Palnitkar. Verilog HDL数字设计与综合(第二版).北京:电子工业出版社,2004
[6]李方慧,王飞,何佩琨.TMS320C6000系列DSPs原理与应用(第二版).北京:电子工业出版社,2003
[7]潘继军, C6000DSK的视频处理系统设计,微计算机信息,2006年,第4-2期, P135-136
[8]王熹微,基于DM642的视频编码Cache优化策略,微计算机信息,2005年,第9-2期