基于DSP的以太網(wǎng)工業(yè)級(jí)圖像傳輸系統(tǒng)

劉千　劉勝榮　王天正　李恒

摘要：為給車(chē)牌識(shí)別等圖像處理算法提供一個(gè)平臺(tái)，用TI的TMS320DM643芯片和索尼ICX424AL芯片設(shè)計(jì)以DM643為處理器的圖像采集系統(tǒng)并通過(guò)以太網(wǎng)將圖像傳到PC上位機(jī)上。用CCS3.3仿真，實(shí)現(xiàn)了圖像采集，達(dá)到預(yù)期要求。

關(guān)鍵詞：DM643;圖像采集;以太網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）03-0077-02

0 引言

隨著社會(huì)對(duì)智能化的需求，產(chǎn)生各種圖像處理算法并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本文從系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。為保證高速率低功耗地采集，處理，傳輸圖像，利用DM643的VP1和以太網(wǎng)模塊來(lái)采集和發(fā)送圖像，圖像傳輸速率可達(dá)每秒30幀。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，本系統(tǒng)包括由CCD感光芯片和AD9995A/D芯片組成攝像頭部分和由DM643，SDRAM，F(xiàn)LASH，EMAC，電源模塊和51MCU組成核心板部分。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示，本系統(tǒng)以DM643為核心，將系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為電源，以太網(wǎng)，視頻采集，DSP部分。

2.2 TMS320DM643簡(jiǎn)介

DM643是TI的一款有數(shù)字視頻以及音頻輸入，輸出接口，以太網(wǎng)接口等片上外設(shè)的用于數(shù)字多媒體的DSP。

2.3 視頻采集模塊

CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量，但DSP不能直接處理模擬量，它需要AD9995為其提供時(shí)序和A/D轉(zhuǎn)換。AD9995具有一個(gè)完整的模擬量采集端與A /D轉(zhuǎn)換，結(jié)合功能齊全的可編程時(shí)序發(fā)生器并且該定時(shí)發(fā)生器能夠同時(shí)支持4相和6相垂直時(shí)鐘。定時(shí)發(fā)生器提供所有必要的CCD時(shí)鐘。操作程序使用三線(xiàn)串行接口。

51單片機(jī)用4個(gè)引腳YSNC，SCK，SDI，SL初始化AD9995。AD9995還需要將H1，H2引腳接到水平驅(qū)動(dòng)芯片SN74LVC 4245APWR的B1，B2引腳上從而將水平驅(qū)動(dòng)信號(hào)升到5V與CCD引腳相連同時(shí)還要將AD9995芯片上的垂直驅(qū)動(dòng)信號(hào)V1，V2，V3和轉(zhuǎn)移門(mén)控制信號(hào)VSG1，VSG2接到垂直驅(qū)動(dòng)CXD3400N芯片上從而輸出CCD所需的三電平垂直驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

DM643具有兩個(gè)圖像采集端口，每個(gè)端口都可以配置為捕獲模式或者視頻顯示模式。每個(gè)視頻端口由兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸入端口和三個(gè)控制信號(hào)輸入端口的共20位引腳組成。本系統(tǒng)選擇16位原始數(shù)據(jù)捕獲模式。將AD9995轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)VP1輸入到FIFO中。同時(shí)AD9995輸出控制信號(hào)（V5）接到VP1的控制信號(hào)輸入口，AD9995輸出時(shí)鐘信號(hào)（DCLK）接到VP1的時(shí)鐘信號(hào)輸入口。

2.4 以太網(wǎng)模塊

DM643的網(wǎng)絡(luò)接口由EMAC和MDIO組成，用于支持PHY與DSP的連接。網(wǎng)絡(luò)接口支持能夠和符合IEEE 802.3協(xié)議的設(shè)備相連，所以用和其網(wǎng)絡(luò)端口吻合的BCM5221芯片作為網(wǎng)絡(luò)傳輸物理層的收發(fā)芯片。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序框圖如圖3所示。

3.1 AD9995配置

利用單片機(jī)的SDI，SCK，SL三個(gè)引腳向AD9995內(nèi)部寄存器寫(xiě)數(shù)據(jù)，用SYCN引腳更新寄存器狀態(tài)，所以在單片機(jī)上引出4根引腳配置AD9995。

3.2 圖像采集配置

視頻采集配置為16位原始圖像采集模式時(shí)，當(dāng)CAPEN引腳信號(hào)有效時(shí)，根據(jù)輸入時(shí)鐘信號(hào)SCLK（AD9995芯片上的V5引腳）來(lái)進(jìn)行圖像采集。一幅圖像為692*504個(gè)像素點(diǎn)，每當(dāng)FIFO緩沖區(qū)中有692個(gè)像素時(shí)（一行圖像）觸發(fā)一次EDMA傳送，采完一幅圖像時(shí)產(chǎn)生一次EDMA中斷，進(jìn)行奇偶場(chǎng)切換。

3.3 EDMA配置

DM643具有增強(qiáng)型DMA，與DMA相比EDMA提供了幾種增強(qiáng)功能，包括64個(gè)通道，優(yōu)先級(jí)可編程功能及連接數(shù)據(jù)傳輸功能等。

3.4 EMAC配置

本系統(tǒng)通過(guò)UDP協(xié)議來(lái)進(jìn)行圖像傳輸，UDP報(bào)文又分為UDP報(bào)頭和UDP數(shù)據(jù)段兩部分，其中UDP包頭中包括源端口，目的端口，報(bào)文長(zhǎng)度以及校驗(yàn)位等信息。在OSI模型中，UDP處于IP協(xié)議層之上。應(yīng)用程序訪問(wèn)UDP層并利用攜帶了CCD的IP和PC機(jī)的IP信息的IP層去傳送數(shù)據(jù)，而UDP層含有源端口和目的端口信息。最終將圖像送到PC上位機(jī)中。

4 測(cè)試及其結(jié)果

通過(guò)CCS3.3仿真，將圖像送到上位機(jī)顯示，測(cè)試結(jié)果如圖4所示，圖像清晰，可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)一種基于DM643的圖像采集傳輸系統(tǒng)，從硬件和軟件方面完概述系統(tǒng)設(shè)計(jì)。綜上，本系統(tǒng)功耗低，采集速率高，適合圖像處理。

參考文獻(xiàn)

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Industrial Ethernet Image Transmission System Based on DSP

LIU Qian， LIU Sheng-rong， WANG Tian-zheng， LI Heng

（Qingdao Technological University，Qingdao Shandong? 266520）

Abstract：In order to provide a suitable platform for image recognition algorithms such as license plate recognition， TI's TMS320DM643 chip and Sony's ICX424AL chip are used to design an image acquisition system with DM643 as the processor and transmit the image to the PC host computer via Ethernet. With CCS3.3 simulation， image acquisition was achieved to meet the expected requirements.

Key words：DM643; image acquisition; ethernet