一种高速DSP的图像处理应用平台的设计

1 引言

完成某一特定任务的图像处理系统，其硬件方案大体上有三种：使用通用计算机、使用ASIC和使用DSP。使用通用计算机的方案优点在于开发周期短，费用较低，而且产品易于维护和升级;缺点是运算速度受到限制，对于算法的运算量和复杂度很高的应用场合，难以达到实时性要求。该方案有二种应用场合：算法开发初中期阶段及一些实时性要求不高的领域。使用ASIC的方案中，所有的运算都由硬件实现，因此实时性会非常好，但硬件的设计是一大难点，而且系统一旦定型，不方便对其进行升级。使用高速DSP可以说是二种方案的折衷，一方面在硬件实现上只需根据需求进行DSP外围接口电路的设计，另一
方面，随着DSP技术的快速发展，高性能芯片的不断推出，其运算能力也能满足一般图像处理的要求。而且，系统功能由算法软件来实现，对系统的维护和升级也很方便。

本文采用TI公司的多媒体DSP芯片TMS320DM642[4](简称DM642)，实现了一种图像处理系统基本功能的应用平台，包含视频输入、视频输出以及串行通信等功能。

2、系统硬件设计

系统硬件组成如图1所示。以DM642为核心，外部扩展了存储器SDRAM和Flash，分别用于程序运行和程序存储;通过控制视频编解码器完成视频的采集和输出;并通过McBSP接口实现UART，方便视觉系统与外界的通信。

图 1 DSP视觉系统硬件组成结构图

系统中，扩展的外部存储器包括ROM和SDRAM。其中，ROM采用Atmel公司的Flash，型号是AT49BV1614，其容量为16MBits，在系统启动时作为Boot ROM使用;SDRAM由两片4Banks×512K×32Bits规格的芯片够成，型号是HY57V643220CT，用来储存程序、数据和视频。视频ADC采用Phillips公司的SAA7113，转换精度9Bits，拥有有4个模拟输入通道，可输入4路模拟视频信号，输出接口(VP0)有一个，支持PAL、NTSC、SECAM这三种主要的模拟视频制式。视频输出DAC芯片采用的是Analog Devices公司推出的ADV7176视频编码器，转换精度为10Bits，最高信噪比达80dB，它在DM642的行、场同步信号及自己的时钟控制下从DM642中读出数据，经过D/A转换后输出到TV显示器上进行显示。通信接口中利用DM642已有的同步串口McBSP与EDMA实现UART的方法，硬件上加入一片MAX3323E，实现CMOS逻辑电平和RS-232逻辑电平之间转换，以满足与控制计算机进行串口通信的要求。

3、系统软件设计

TI为了对自己的DSP 产品提供软件开发支持，推出了DSP /BIOS(Basic Input Output System)抢先型、可裁剪的实时多任务操作系统，它与CCS(Code Composer Studio)编译环境集成在一起。使用DSP/BIOS可以进行高效的应用程序开发。本文图像系统的软件开发是基于DSP /BIOS环境下进行的。3.1 软件设计流程

本文图像处理系统的软件流程如图2所示。应用主程序需要先完成CSL(Chip Support Library)库的初始化，以便在程序中能调用相关的芯片级支持库函数。随后，开EDMA中断，并使能EDMA中的I2C通道的中断;开VP1、VP2口中断;初始化并启动I2C的数据传输，完成对视频解码芯片SAA7113和视频编码芯片ADV7176的寄存器的参数初始化数配置;配置和启动VP1和VP2视频口;最后进入空闲等待循环。视频的采集以中断的方式进行，当一帧图像采集完后，触发VP1中断，系统调用相应的中断子程序对图像数据进行处理计算，求出位置和姿态等参数，最后将参数通过UART传输给控制计算机。

图2 主程序流程

DM642 的EDMA 控制器负责片内L2存储器与其它设备之间的数据传输。能提供超过2Gb/s 的外部带宽，有64 个通道, 每1个通道都有1个事件与之关联，由这些事件触发相应通道的传输。上面流程中A/D、D/A的芯片初始化的参数传输和视频数据的采集都是通过EDMA来实现的。

3.2 A/D和D/A芯片的初始化

A/D和D/A芯片的初始化过程通过EDMA中的I2C通道来实现。要传输的数据参数在EDMA 的参数RAM表中进行配置，其中主要包括源数据起始地址、目的地址、地址的修改方式、要传输的数据格式和大小。对二个芯片的初始化数据参数分别配置在二个不同的RAM表中。第一次I2C通道的EDMA数据传输完毕后由EDMA控制器向CPU发出中断，中断处理程序载入第二次I2C传输的RAM参数表，启动第二次传输过程。从而完成二个芯片的初始化过程。

3.3 视频采集与输出

对应于YUV 4：2：2的格式视频数据采集，EDMA中用于VP1的数据传输有三个通道。系统中将视频端口VP1配置为连续帧采集的方式，也就是启动第一帧的采集后，后面帧的采集连续进行不需要另外的帧同步信号。

在隔行扫描模式下，每帧分为两场，两场在时域上是分开的，通过EDMA 链表可自动实现场合成，不需占用额外