基于PCI总线的实时图像识别与跟踪平台设计

在没有红外探测器或其它图像采集设备的条件下，可以先开发基于ＰＣＩ总线的图像处理平台，由计算机模拟图像的生成并完成图像的高速传输，以缩短系统开发周期，使系统灵活、实用、便于进行功能扩展。采用美国ＴＩ公司的新一代高性能浮点数字信号处理器ＴＭＳ３２０Ｃ６７０１（以下简称Ｃ６７０１）研制了实时图像识别与跟踪处理平台，利用不变矩进行图像识别，采用质心跟踪方案，获得了很好的实验效果。充分发挥了Ｃ６７０１强大的数字信号处理能力，并为后续的研究提供了很好的软硬件平台基础。

１ Ｃ６７０１数字信号处理器简介

Ｃ６７０１芯片内有８个并行处理单元，分为相同的两组。采用甚长指令字ＶＬＩＷ结构，使Ｃ６７０１成为高性能的数字信号处理芯片。其单指令字长为３２ｂ，８个指令组成一个指令包，总字长为２５６ｂ。芯片内部设置了专门的指令分配模块，可以将每个２５６ｂ指令包同时分配到８个处理单元，８个单元可同时运行。芯片的最高时钟频率达到１６７ＭＨｚ，此时浮点运算处理能力可达到１ＧＦＬＯＰＳ。外部存储器接口ＥＭＩＦ支持８／１６／３２ｂ数据宽度的各种类型的同步、异步存储器,便于系统扩展。Ｃ６７０１片内有６４ＫＢ的数据ＲＡＭ和６４ＫＢ的程序ＲＡＭ；片外存储空间分为４个区（ＣＥ０、ＣＥ１、ＣＥ２、ＣＥ３）；有４个相互独立的可编程ＤＭＡ通道，还有第五个ＤＭＡ通道可与ＨＰＩ接口。

２ ＰＣＩ９０５４的主要特点及应用

ＰＣＩ０９０５４是美国ＰＬＸ公司生产的一种３２ｂ ３３ＭＨｚ的ＰＣＩ总线主控Ｉ／Ｏ加速器。采用先进的ＰＬＸ流水线结构；符合ＰＣＩ本地总线规范２．２版，突发传输速率达到１３２ＭＢ／ｓ；本地总线复用／非复用的３２ｂ地址／数据线，有 Ｍ、Ｊ、Ｃ三种工作模式，但Ｃ模式的数据和地址总线是非复用的；支持８ｂ、１６ｂ、３２ｂ外围设备和存储设备，本地总线操作速率高达５０ＭＨｚ；内部有６种可编程的ＦＩＦＯ，可实现零等待的突发传输及本地总线时钟和ＰＣＩ总线时钟的异步操作，支持主模式、从模式和ＤＭＡ传输模式。ＰＣＩ９０５４是一种性价比高的ＰＣＩ桥接芯片。

图１给出了ＰＣＩ总线接口连接图，使用２Ｋ的ＳＴ９３ＣＳ５６串行ＥＥＰＲＯＭ作为ＰＣＩ９０５４的配置芯片，图中双口ＲＡＭ可设计成３２ｂ、１６ｂ或８ｂ。ＰＬＸ９０５４工作在Ｃ模式下。本地总线晶振为３０ＭＨｚ，经过测试ＰＬＸ９０５４工作在从模式单字节读写的情况下，本地总线速度已达１２ＭＢ／ｓ。根据实际图像传输需要（图像大小为２５６×２５６，深度为８ｂ的灰度图像）帧频为２５帧／ｓ，已经满足需要。为了再提高传输速度，ＰＬＸ９０５４可以开发成突发或ＤＭＡ传输方式。使用ＣＰＬＤ(Ｘｉｌｉｎｘ的ＸＣ９５１０８)完成ＰＣＩ９０５４到双口ＲＡＭ的译码电路，本地地址空间可寻址大小为１ＭＢ，１ＭＢ的本地地址空间映射为地址００００００００Ｈ～０００ｆｆｆｆｆＨ,ＰＣＩ总线的地址空间（计算机自动分配）为ｅｆ１０００００Ｈ～ｅｆ１ｆｆｆｆｆＨ，同时要求ＰＣＩ基址空间２（对应寄存器ＰＣＩＢＡＲ２）映射到本地地址空间０(对应寄存器ＬＡＳ０ＢＡ()即ＬＡＳ０ＲＲ寄存器设为ｆｆｆ０００００Ｈ,ＬＡＳ０ＢＡ寄存器设为０００００００１Ｈ。其中，ＬＡＳ０ＢＡ的最低位置成“１”，表示ＰＣＩ直接从模式访问本地地址空间０，使能译码；写“０”则禁止使能。ＰＣＩＢＡＲ２的值为ｅｆ１０００００Ｈ。

图2 图像处理系统硬件框图

利用ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ６．０１驱动程序开发工具生成ＰＣＩ图像传输卡的ＷＤＭ驱动程序代码，用ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０编写应用程序，完成图像处理版与ＰＣ机之间的高速率的图像序列传输。

３ 图像处理板硬件设计

系统硬件框图如图２所示。图像处理板以ＤＳＰ Ｃ６７０１为核心，Ｃ６７０１主要负责图像处理，包括对目标的识别和跟踪，并给出最终的跟踪角误差。源图像通过ＰＣＩ接口卡传入图像处理板的两片双口ＲＡＭ，两片双口ＲＡＭ采用乒乓式存储。即为了保证图像处理的实时性，当一片ＲＡＭ接收数据时，另一片ＲＡＭ为ＤＳＰ提供图像处理的数据。ＳＤＲＡＭ用作ＤＳＰ ＲＡＭ的扩展，存储图像处理的中间结果。图像处理后的方位与俯仰角度数据通过８２Ｃ５２转换成串行数据，再经ＤＳ８９２１转换成ＲＳ－４２２电平，送给系统的后续电路。

ＦＰＧＡ选用Ａｌｔｅｒａ公司的ＡＰＥＸＥＰ２０Ｋ２００,完成整个图像处理板的译码逻辑，并承担部分