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基于TMS320DM642的视频采集驱动程序的实现

时间:09-26 来源:3721RD 点击:

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。

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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。

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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。

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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 */

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