基于DSP的视频采集驱动程序的实现

视频终端的核心是图像的数字化处理模块。基于PC机的数字视频处理，给出了算法研究的途径，而基于高速DSP的应用模块才提供了实时嵌入式视频处理的可能。然而，基于DSP的海量视频数据的实时处理的关键则是实时、合理的视频数据采集。本文针对自行研制的基于TMS320DM642(以下简称DM642)DSP的视频处理板卡，使其在C64x系列DSP的实时操作系统DSP/BIOS的环境下运行，实现基于类/微驱动模型的视频采集驱动程序，并进一步描述采用EDMA(增强的直接存储器存取控制器)的数字视频图像信号的实时传输。

　　1 类/微驱动程序模型

　　C64x系列的DSP系统给出了类/微驱动模型[1] 的驱动程序结构，采用该模型进行驱动程序设计，应用程序可以复用绝大部分相似设备的驱动程序，从而提高驱动程序的开发效率。类/微驱动模型结构如图1所示，该模型在功能上将驱动程序分为依赖硬件层(微驱动)和不依赖硬件层(类驱动)两层，并在两层之间给出通用接口。上层的应用程序不直接控制微驱动，而是通过类驱动对其进行控制。每一个类驱动在应用程序代码中表现为一个API函数，并通过标准微驱动的接口IOM与微驱动进行通信。

　　在类/微驱动模型中，类驱动通常用于完成多线程I/O请求的序列化功能和同步功能，同时对设备实例进行管理。类驱动通过每个外部设备独有的微驱动对设备进行操作。微驱动采用芯片支持库[2]控制外设的寄存器、内存和中断资源。微驱动程序必须将特定的外部设备有效地表示给类驱动。

　　类驱动使用DSP/BIOS中的API函数[3]实现诸如同步等的系统服务，DSP/BIOS定义了三种类驱动模块：管道管理模块(PIP)、流输入输出管理模块(SIO)和通用输入输出模块(GIO)。在PIP和SIO类驱动中，调用的API函数已经存在于DSP/BIOS的PIP和SIO模块中了，这些API函数需将参数传给相应的适配模块，才能与微驱动交换数据。而在GIO类驱动中，调用的API函数则直接与微驱动通信。

　　2 基于DM642的视频采集驱动

　　2.1 硬件结构

　　笔者利用TI公司的多媒体处理芯片DM642自行研制了嵌入式视频处理板卡。卡上的主要组成模块有视频采集模块、视频处理模块以及网络发送模块，其中视频采集模块主要由DSP芯片DM642[4]、视频A/D 转换芯片SAA7115和同步动态存储器芯片SDRAM等组成，如图2所示。来自摄像头的视频信号通过SAA7115进行数字化处理，输出的数字视频信号经过视频端口的内部FIFO缓冲后，由DM642通过EDMA将数据传送到片外SDRAM中，以便供视频应用程序使用。

　　主芯片DM642的处理能力达到4800MIPS，它的最大特点是芯片内部集成了三个可配置的视频端口[5]，这些视频端口提供了与通用视频A/D转换芯片的无缝接口，因而无需外加CPLD(复杂可编程逻辑器件)和FIFO就可以满足系统设计的要求。SAA7115支持六路CVBS(复合模拟视频输入)或三路S－VIDEO (S端子信号)输入，支持多种格式的数字RGB和YUV视频信号输出。DM642通过IIC总线控制SAA7115的内部寄存器。

　　采用类/微驱动模型编写DM642芯片视频端口的视频采集驱动程序，驱动必须满足如下几个基本功能：

　　· 硬件中断；
　　· 可同时处理DM642的三个视频端口；
　　· 支持应用程序配置视频采集的参数，支持获取图像数据；
　　· 支持场图像的采集，支持对CVBS和S－VIDEO两种模拟信号的采集。

　　在视频采集过程中，最重要的是对视频数据进行实时控制和有效的传输，因此需要使用硬件中断，并在中断服务程序中，根据视频端口内部FIFO的状态通过EDMA完成视频数据的读入。

　　2.2 视频采集驱动程序的框架构建

　　视频采集驱动程序包括类驱动和微驱动两个模块，视频采集驱动程序的结构框架如图3所示。

　　类驱动使用GIO模块，GIO模块的传输模式是基于流输入输出模块的同步I/O模式的，更适合文件系统I/O，如视频采集的应用。该模块的主要API函数的描述如表1所示。

　　在图3中，应用程序使用GIO_create函数创建GIO通道，并通过调用GIO_submit函数直接与微驱动的IOM交换数据，完成视频数据的采集。
　　应用程序通过GIO类驱动调用微驱动的标准API函数，这些标准API函数的描述如表2所示。这些规定的函数将放入微驱动的函数接口表(IOM_Fxns)中，以供应用程序通过GIO类驱动调用。

　　在图3中，微驱动的IOM接口将应用程序获取图像的命令打包生成数据包，并向微驱动发送。数据包的格式如下： typedef struct IOM_Packet {

　　QUE_Elem link; /* 数据包队列 */
　　Ptr addr; /* 数据地址 */
　　Uns size; /* 数据长度 */
　　Arg misc; /* 保留使用 */
　　Arg arg; /* 应用程序 */
　　Uns cmd; /* 命令字段 */
　　Int status; /* 命令完成状态 */
　　} IOM_Packet;

　　数据包中数据长度与数据地址两字段由应用程序提供，分别表示获取图像的大小及图像存储目的地址。微驱动依据数据包中的命令字段，调用mdSubmitChan函数将数据包放入数据包队列，等待中断服务函数的处理。视频采集中的硬件中断由视频端口内部FIFO的状态触发，中断服务程序根据数据包中的数据地址字段，通过EDMA将视频端口内部FIFO中的视频数据读入SDRAM中的图像存储目的地址。依据数据包中的数据长度字段，在完成相应大小图像的采集后，中断服务程序还将完成以下功能：出列数据包；设置下一次传送或服务请求；设置数据包中的命令完成状态，并向应用程序返回。