DSP圖像處理系統(tǒng)與PC機(jī)高速通信電路設(shè)計(jì)

范會(huì)迎

摘 要：PC機(jī)常用的高速通信接口有網(wǎng)口和USB口，采用這兩種方式與DSP通信時(shí)，硬件上需要額外的接口電路，軟件上需要編寫接口電路的固件程序、驅(qū)動(dòng)程序，上位PC機(jī)識(shí)別端口時(shí)需要調(diào)用相應(yīng)的WindowsAPI函數(shù)，對(duì)開發(fā)人員技術(shù)能力要求較高，開發(fā)周期相對(duì)較長(zhǎng)。并且其中較為高性能的雙口的接待能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)的傳輸，由此能夠發(fā)揮較為重要的作用。本文首先分析了系統(tǒng)的組成與相應(yīng)的工作原理，然后分析了依憑雙口RAM的接口電路設(shè)計(jì)：接口電路硬件設(shè)計(jì)；雙口RAM工作方式，最后分析了高速PCI 數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：DSP圖像；處理系統(tǒng)；高速通信

舉例一個(gè)圖像信息處理板（簡(jiǎn)稱圖像版），此種主要是應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換以及相應(yīng)的輸出，其中根據(jù)圖像格式進(jìn)行目標(biāo)個(gè)數(shù)、大小、邊界以及整個(gè)運(yùn)行信息的處理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)將多種信息傳達(dá)給pc機(jī)的目的，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的記錄和分析的保存。圖像板以DSP為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，每隔1ms處理一次信息并生成大小為200個(gè)字（16bit）的一組數(shù)據(jù)。要將上述處理結(jié)果上傳給PC機(jī)，并考慮數(shù)據(jù)間隙，通信比特率必須大于3.2Mbit/s。

一、系統(tǒng)的組成與相應(yīng)的工作原理

其中基于雙口的RAM的DSP與上位PC機(jī)高速通信系統(tǒng)由4部分夠成：DSP系統(tǒng)、接口電路、高速PCI數(shù)據(jù)采集卡以及上位PC機(jī)。通常接口電路主要是以雙口RAM、高速單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，用于識(shí)別和控制通信起始、數(shù)據(jù)暫存和電平轉(zhuǎn)換；高速數(shù)據(jù)采集卡選用通用型PCI高速數(shù)字量卡，用于將接收到的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成通用PCI通信方式，便于上位PC機(jī)軟件接收。其中，為縮短線長(zhǎng)，保證通信可靠性，可以將DSP系統(tǒng)與接口電路放在同一塊電路板上。

二、依憑雙口RAM的接口電路設(shè)計(jì)

接口電路的功能主要有以下3點(diǎn)：1）由于DSP為+3.3V供電，所選數(shù)據(jù)采集卡額定的數(shù)字高電平為+5V，因此接口電路需要實(shí)現(xiàn)+3.3V到+5V的電平轉(zhuǎn)換。2）圖像板每次處理完數(shù)據(jù)后以中斷方式通知上位機(jī)開始上傳數(shù)據(jù)，因此接口電路需要準(zhǔn)確識(shí)別圖像板發(fā)出的中斷信號(hào)，以便控制通信的起始。3）上位PC機(jī)軟件運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上，其語句延時(shí)精度不高，通過編程讓上位PC機(jī)軟件直接控制地址線、數(shù)據(jù)線端口讀取DSP存儲(chǔ)單元的方式，效率低，涉及方法復(fù)雜。而接口電路可以將圖像板上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行整體暫存，然后上位PC機(jī)通過操控PCI數(shù)據(jù)采集卡，以固定的方式高效讀取數(shù)據(jù)。

（1）接口電路硬件設(shè)計(jì)

雙口的RAM用于實(shí)現(xiàn)DSP與后續(xù)高速單片機(jī)的數(shù)據(jù)共享，設(shè)計(jì)中選用IDT公司的IDT70T633芯片，其左口與DSP連接，右口與單片機(jī)連接。高速單片機(jī)用于控制雙口RAM識(shí)別通信起始、讀取數(shù)據(jù)，并以并行方式轉(zhuǎn)發(fā)給后續(xù)的PCI數(shù)據(jù)采集卡，設(shè)計(jì)中選用SiliconLaboratories公司的C8051F120，該單片機(jī)執(zhí)行速度最高可達(dá)100MInstruction/s（兆指令/秒），有64個(gè)通用I/O口，能夠很好滿足設(shè)計(jì)需要，其端口分配如表1所示。電平轉(zhuǎn)換芯片用于將+3.3V的DSP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成+5V的標(biāo)準(zhǔn)TTL電平，設(shè)計(jì)中選用16位總線驅(qū)動(dòng)器SN74ALVC164245。

（2）雙口RAM工作方式

接口電路設(shè)計(jì)的核心在于能夠?qū)崿F(xiàn)雙口的RAM芯片IDT70T633的有效控制。雙口RAM除了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能外，還提供2套完全獨(dú)立的端口，每套端口分別有自己的控制線、地址線和數(shù)據(jù)線，允許雙端口同時(shí)讀寫數(shù)據(jù)。IDT70T633是一款高速512k×18位的雙口RAM，存儲(chǔ)空間同樣為左、右兩套端口所共用，帶片內(nèi)總線仲裁電路，適用于兩控制器之間大量數(shù)據(jù)的快速雙向傳遞。

插入等待狀態(tài)會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸速率，對(duì)于高速通信通常是不可接受的。當(dāng)右方對(duì)7FFFEH存儲(chǔ)單元寫入數(shù)據(jù)時(shí)，左方產(chǎn)生中斷信號(hào)（INTL置低）；左方從7FFFEH存儲(chǔ)單元讀取數(shù)據(jù)時(shí)，左方的中斷信號(hào)被撤除（INTL置高）?？梢?，可以通過中斷響應(yīng)單元的讀寫操作來實(shí)現(xiàn)雙口RAM兩側(cè)電路單元的實(shí)時(shí)高速通信。

三、高速PCI 數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用

其中高速PCI 數(shù)據(jù)采集卡選用國(guó)產(chǎn)阿爾泰 PCI2510 高速 數(shù)字量輸入輸出卡。由此，總線的設(shè)計(jì)其中需要鏈接電子計(jì)算機(jī)的主板和相應(yīng)的外部設(shè)備的總線的標(biāo)準(zhǔn)。由此，需要能夠?qū)崿F(xiàn)采集卡的兼容性、自動(dòng)的配置、擴(kuò)展性好，以及實(shí)現(xiàn)中斷共享的問題。阿爾泰 PCI2510 卡可直接插在 IBM - PC/AT 或與之兼容的計(jì)算 機(jī)內(nèi)的任一 PCI 插槽中，具有 32 個(gè)與 TTL 兼容的高速通 道和 16 byte 的板載 FIFO 存儲(chǔ)器，DMA 傳輸模式，最大傳 輸速率可達(dá) 120 Mbit / s。

結(jié)論

基于雙口的RAM，配合單片機(jī)、電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器以及 PCI 數(shù)據(jù)采集卡，設(shè)計(jì)的 DSP 圖像處理系統(tǒng)與上位 PC 機(jī) 高速通信電路，已經(jīng)在某光電信息處理平臺(tái)和相應(yīng)的測(cè)試 設(shè)備中得到應(yīng)用，完全能夠達(dá)到每 1 ms 傳輸 200 個(gè)字的 通信速度要求，并且運(yùn)行穩(wěn)定。這種設(shè)計(jì)方案具有通用 性，可以為單片機(jī)、ARM 或 FPGA 等嵌入式系統(tǒng)與上位 PC 機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸提供借鑒。

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（作者單位：國(guó)防科大）