基于ＴＭＳ３２０?。模停叮矗驳亩嗦芬曨l處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊文通　程　倩　劉志峰

引言

近年來，DSP技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展，現(xiàn)有的高端通用DSP芯片，如TI公司的C6000系列，已具有最高可達(dá)5760MIPS的處理能力。廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、移動(dòng)通信基站等大運(yùn)算量、高竇時(shí)性的信號(hào)處理領(lǐng)域，同樣也完全可以滿足諸如視頻處理等多媒體應(yīng)用的要求。

但是隨著視頻監(jiān)控市場的飛速擴(kuò)大，目前市面上的一些視頻監(jiān)控系統(tǒng)缺點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)，包括成本高昂、路數(shù)少、實(shí)時(shí)性差以及畫質(zhì)不佳，且由于不同場合監(jiān)控需求不一樣使得用戶對(duì)監(jiān)控產(chǎn)品的靈活性和針對(duì)性提出了更高的要求。本設(shè)計(jì)采用TI公司的TMS320DM642多媒體處理芯片作為主控芯片，將成本控制在可行范圍內(nèi)，并且充分利用芯片內(nèi)核的高速處理能力保證監(jiān)控系統(tǒng)宴時(shí)性，是一種兼顧成本及監(jiān)控質(zhì)量的好方法。

TM S320DM642(以下簡稱DM642)是TI公司于2002年推出的一款專門為數(shù)字媒體應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)的32-bit定點(diǎn)DSP芯片，具備高性能的C64x數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)核外且集成了豐富的外設(shè)資源，如可配置的音視頻接口、以太網(wǎng)MAC控制器、JATG仿真器接口等。

圖1為整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。以DM642為核心，主要包括視頻模塊、存儲(chǔ)模塊、通信模塊以及其他外圍電路部分。視頻模塊由四塊編碼器芯片和一塊解碼器芯片組成，采用切換方式以支持四路復(fù)合視頻輸入和一路視頻輸出顯示；存儲(chǔ)模塊通過DM642的EMIF接口擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器SDRAM~FLASH，并通過CPLD控制FLASH片內(nèi)分頁寄存器的讀寫；通信模塊部分利用CPLD控制并口傳輸模式，實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯以及數(shù)據(jù)傳輸，使整個(gè)系統(tǒng)作為從設(shè)備接受主設(shè)備控制以完成特定的圖像處理運(yùn)算等。

系統(tǒng)硬件架構(gòu)

電源管理模塊

DM642工作頻率為600MHz，采取雙電源供電方式：CPU內(nèi)核電壓+1.4V。電流793mA；外圍I/O電壓+3.3V，電流165mA。這兩個(gè)獨(dú)立電壓在供電時(shí)需要嚴(yán)格按照順序進(jìn)行，保證內(nèi)核電源先上電。最晚也應(yīng)當(dāng)與I/O電源同時(shí)上電，避免對(duì)芯片造成危害。

電源芯片，采用TI公司的高性能電源轉(zhuǎn)換芯片TPS54310，它利用電路板上5V電源驅(qū)動(dòng)兩個(gè)線性穩(wěn)壓模塊。經(jīng)過兩路電壓轉(zhuǎn)換生成所需的+1.4V及+3，3V電壓，精度達(dá)1％。

上電過程中，在內(nèi)核電壓和I/O電源達(dá)到要求的電壓之前需確保系統(tǒng)時(shí)鐘處于復(fù)位狀態(tài)，以避免產(chǎn)生不受控制的狀態(tài)。因此采用TI公司的電源檢測芯片TPS3823-33，它能夠?qū)ο到y(tǒng)使用最多的+3.3V電壓進(jìn)行監(jiān)測，并且允許系統(tǒng)中各芯片在任意時(shí)刻通過復(fù)位來調(diào)整工作狀態(tài)。

時(shí)鐘電路

為了降低片外時(shí)鐘頻率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)DSP系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量使用DSP片內(nèi)鎖相環(huán)(PLL)。在本設(shè)計(jì)中選用外部50MHz的時(shí)鐘源，經(jīng)過PLL進(jìn)行12倍頻后得到CPU所需的600MHz主頻。在本設(shè)計(jì)中，采用1/4CPU時(shí)鐘為ECLKIN提供150MHz的時(shí)鐘，并通過ECLKOUTl引腳將時(shí)鐘提供給SDRAM的CLK引腳。

整個(gè)系統(tǒng)中使用到的時(shí)鐘頻率還有視頻編解碼芯片的14.31818MHz時(shí)鐘，它與DSP主時(shí)鐘一樣都采用外部有源晶體振蕩器。

外部存儲(chǔ)器

本系統(tǒng)主要用于視頻圖像處理，在處理過程中會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，而DM642片內(nèi)最多僅有256KB容量的RAM，所以必須擴(kuò)展大容量的外部存儲(chǔ)器才能夠滿足數(shù)據(jù)處理的需要。

本設(shè)計(jì)采用兩片Hynlx公司的HY57V283220T(4M×32bit)SDRAM芯片構(gòu)成64bit外部RAM空間；采用一片AM29LV033C(4M×8bit)FLASH芯片構(gòu)成外部ROM空間。將上述兩片SDRAM芯片并聯(lián)構(gòu)成64-bit位寬、32MB大小的存儲(chǔ)空間映射到配置為同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器接口、64bit位寬的CEO子空間。

視頻通路模塊

本設(shè)計(jì)中將DM642的3個(gè)視頻端HVP0＼VPI＼VP2均設(shè)置為8-bit BT.656模式。其中VPO和VP1采用單通道方式，將通道A用于視頻采集；VP2采用雙通道方式。通道A和B均用于視頻采集。因此，最多可以同時(shí)采集4路模擬視頻信號(hào)。在BT.656視頻捕獲模式下，F(xiàn)IFO空間總共為2560KB且如下分配：1個(gè)1280Bvte的FIFO專用于存儲(chǔ)Y采樣數(shù)據(jù)；2個(gè)640Byte的FIFO分別用于存儲(chǔ)Cb和cr數(shù)據(jù)。采用4片飛利浦公司的SAA7113解碼芯片來實(shí)現(xiàn)4路橫擬視頻輸入的轉(zhuǎn)換。SAA71 13支持6路復(fù)合視頻信號(hào)CVBS或I路S端子(s-Video)輸入，輸出為帶離散同步信號(hào)的8bit4：2：2YCbCr格式或者帶內(nèi)嵌同步信號(hào)的8bitBT.656格式的數(shù)字視頻信號(hào)。

在視頻回放部分。編碼器選用1片飛利浦公司的SAA7121，其可將數(shù)字亮色信號(hào)(YUV)或數(shù)字RGB信號(hào)等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CVBS，S-VIDEO。RGB等模擬信號(hào)輸出，支持PAL/NTSC制式，并且支持VGA及高清晰HDTV輸出。

編解碼器與DM642的引腳連接圖如圖2所示。

DM642中的IIC接口不支持高速模塊，因此在本設(shè)計(jì)中所使用的IIC總線速率最高為400kbit/s。本設(shè)計(jì)中采用了TI的4bit 2選1切換器SN74CBT3257使DM642可以每次選擇接收一組IIC數(shù)據(jù)。由于SAA7113只能配置兩個(gè)不同的設(shè)備地址，一條I²C總線中不能同時(shí)連接4個(gè)SAA7113，因此須將IIC總線切分成IICO和IIC1。具體連接方式見圖3。

軟件設(shè)計(jì)

設(shè)置DM642內(nèi)部模塊的配置參數(shù)，包括VPort視頻端口參數(shù)配置。SDRAM及FLASH寄存器配置；IIC總線參數(shù)配置；編解碼芯片內(nèi)部寄存器配置等。

系統(tǒng)上電初始化，DM642通過內(nèi)部軟件模擬IIC總線時(shí)序，配置好SAA7113內(nèi)部寄存器，設(shè)置其工作方式；之后DM642向CPLD發(fā)送采集指令，雙方通過HOLD、HOLDA握手信號(hào)，實(shí)現(xiàn)總線控制交接。此時(shí)CPLD獲得總線控制權(quán)，然后打開SAA7113的輸出。對(duì)采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行寫控制；當(dāng)一幀視頻數(shù)據(jù)寫入SDRAM幀緩存器后，CPLD關(guān)閉SAA7113視頻輸出，放棄總線控制權(quán)，并發(fā)送中斷信號(hào)給DM642DM642重新獲得控制權(quán)后，對(duì)采集到的視頻數(shù)據(jù)使用特定算法進(jìn)行圖像處理，并將處理后的視頻數(shù)據(jù)緩存在SDRAM中，同時(shí)配置SAA7121內(nèi)部寄存器，設(shè)置其工作方式，此時(shí)將SDRAM中緩存的圖像數(shù)據(jù)送入SAA7121進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過并口送VGA顯示器進(jìn)行圖像顯示：DM642在圖像處理完畢后即重新發(fā)出開始采集命令，進(jìn)行下一幀數(shù)據(jù)的采集。

系統(tǒng)應(yīng)用

本設(shè)計(jì)在參考評(píng)估板的基礎(chǔ)上。即成功裁減了冗余功能又保證了所需功能，大大降低了成本，節(jié)雀了資源。本系統(tǒng)已應(yīng)用在某法庭監(jiān)控系統(tǒng)中(見圖4)。其中攝像頭1為被告席視頻監(jiān)控?cái)z像頭，攝像頭2、3分別為公訴人及辯護(hù)人監(jiān)控?cái)z像頭，攝像頭4為法官席監(jiān)控?cái)z像頭。數(shù)字監(jiān)控平臺(tái)可置于書記席處便于實(shí)時(shí)操作。整套系統(tǒng)建立在本視頻處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)之上，兼顧了成本與監(jiān)控質(zhì)量，已成功達(dá)到預(yù)期效果。

目前，業(yè)內(nèi)主流還是基于CIF分辨率的視頻監(jiān)控，今后高分辨率D1的監(jiān)控記錄以及采用H.264技術(shù)的編碼壓縮產(chǎn)品的市場需求將逐漸增加，給算法優(yōu)化及處理器性能提升提出了新的課題，這將是下一步關(guān)注的重點(diǎn)。

結(jié)語

整套系統(tǒng)充分利用了DM642的高速數(shù)據(jù)處理能力。其優(yōu)點(diǎn)在于成本較低且具有較強(qiáng)的通用性和可擴(kuò)展性。隨著視頻監(jiān)控應(yīng)用的決速發(fā)展。人們對(duì)圖像質(zhì)量以及實(shí)時(shí)處理的要求也會(huì)越來越高?；贒M642的嵌入式視頻處理系統(tǒng)一定會(huì)越來越多地應(yīng)用于多媒體數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，在工業(yè)應(yīng)用及民用領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。