基于多内核处理器ADSPBF561的高性能视频控制系统设计

摘要： 给出了一种基于ADSPBF561多内核处理器的高性能视频监控系统的设计方案。该方案选择BF561双DSP核处理器来实现复杂的智能视频处理算法， 并选用ADV7183B来对CCD图像信号进行解码处理， 用本方案设计的汽车驾驶员辅助视觉传感控制系统能防止交通事故的发生并改善交通流量， 可实现实时电子眼的功能。

　　0 引言

　　时钟频率的提高以及深亚微米半导体制造工艺的漏电流产生的高功耗使得处理器设计开始将思路转向多内核集成的解决方案。事实上， 多核处理器技术是提高处理器性能的有效方法， 因为处理器的实际性能是处理器在每个时钟周期内所能处理的指令数总量， 因此， 每增加一个内核，处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍。上世纪末， 双内核处理器开始进入高端服务器产品。随着Intel和AMD公司先后推出双内核CPU以来， 多内核CPU在个人电脑中的应用已经成为无可逆转的趋势， 同时， 多内核架构在处理器性能、低功耗、缩小系统电路板面积等方面都表现出了显着的优势。

　　从某些方面来说， 嵌入式应用对处理器的需求更为苛刻， 特别是在低功耗、低成本等方面。

　　为了满足当前嵌入式设备应用越来越高的性能需求， 并尽可能地降低功耗， 其高端嵌入式处理器领域的一个明显变化， 就是从频率越来越高向多内核架构转变。多内核处理器的需求在很多产品领域显着增加， 也为加强嵌入式处理器产品的竞争优势提供了另一个途径。

　　1 多核处理器与高性能视频系统

　　对于嵌入式系统设计工程师来说， 在消费类电子产品设计中， 单内核处理器依然是绝对的主流。但在部分需要更高处理速度和控制能力的应用中， 双内核处理器早已不是阳春白雪， 而这类应用中的多媒体产品又占很大的比重， 例如视频监控(特别是具有智能分析功能的监控设备)、视频会议系统、数字摄像系统、汽车可视化系统等。智能视频监控设备大部分都是嵌入式设备。

　　由于智能视频监控属于传统视频监控的扩展与延伸， 所以， 传统的视频监控对硬件平台的要求，智能视频监控也都必须具备。但智能视频监控与传统的视频监控相比， 用户的需求更加多样化，例如地铁系统用户所需要的功能是检测是否跨越候车的黄线， 人群密度是否过大， 是否有可疑的遗留物体等； 而对于银行系统用户来说， 他们所需要的是ATM机的智能监控分析， 包括是否有安装假键盘、安装吞卡器， 在ATM机是否有暴力行为， 是否出现犯罪分子的人脸等。因此， 用户需求的多样化可使算法随着用户的需求调整。另一方面， 智能视频处理要求芯片具有强大的处理能力。另外， 许多算法在实现时也必须采用并行处理。因此， 传统的基于单内核微控制器的解决方案就会面临很大挑战， 而融合MCU和DSP的异构双处理器或多处理器解决方案， 以及具有强大运算能力的多内核处理器， 就成为智能视频监控嵌入式平台的首选方案。

　　2 智能视频监控系统设计

　　智能视频监控设备融合了视频图像处理技术、模式识别技术、嵌入式开发与设计等多种先进的技术。该系统硬件设备外形小巧、性能卓越、功耗低。目前， 已可将多种智能视频分析算法成功移植到该硬件平台上， 这些算法包括区域入侵检测、拌线检测、物品遗留检测、物品移动或被盗检测、有方向性的区域入侵检测、有方向拌线检测、车流密度检测、人数统计等。故其产品性能十分稳定， 算法执行效率很高。

　　图1所示是一种基于BF561平台开发的智能视频监控系统的硬件结构框图。图中的BF561采用的就是双DSP核， 故能实现很复杂的智能视频处理算法。这种Blackfin DSP采用低功耗设计， 其稳定性在同价位DSP 中十分出众。另外， 在Blackfin DSP平台上， ADI公司还提供了许多开发源码的程序， 并可以针对特定应用进行修改， 因而非常灵活。

图1 基于BF561的视频监控系统功能框图

本系统中的ADV7183B可对CCD图像信号进行解码处理， 以使其能够适应ADSP BF561处理器； ADV7179则可对ADSP BF561处理器处理后的信号再进行视频编码， 然后送入显示器进行显示。另外， 通过ADSP BF561处理器的UART接口和EBIU口可以与控制台以及各种处理器外设进行接口， 以用于数据存储或通过以太网连接到远程控制台等。

　　2．1 双内核汇聚式处理器BF561

ADSP BF561处理器是Blackfin产品家族中的一个高性能器件， 该器件内部包括两个独立的ADI处理器核， 每个处理器核则包含一个双乘法累加器信号处理机和一个类RISC指令集。每个内核均采用完全的SIMD架构， 而且包含用于视频加速处理和图像处理的指令。汇聚式处理器的特点是减少或避免采用单独的数字信号和控制处理器，