基于TMS320DM642的圖像處理系統(tǒng)

1 引言

隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，DSP的性能越來(lái)越完善，能夠滿足圖像處理時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的實(shí)時(shí)要求。以DSP為核心處理器組建圖像處理系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是DSP資源豐富、編程靈活、算法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，并且在系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)中可采用模塊化設(shè)計(jì)，可提高系統(tǒng)的通用性，縮短系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期。本文介紹了基于TMS320DM642的圖像處理系統(tǒng)。

2 TMS320DM642簡(jiǎn)介

TMS320DM642是TI公司推出的一款針對(duì)網(wǎng)絡(luò)與多媒體應(yīng)用的DSP。TMS320DM642具有以下主要特點(diǎn)：

處理器時(shí)鐘頻率高，具有500 MHz／600 MHz／720 MHz 三種時(shí)鐘速率(本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的時(shí)鐘速率是600 MHz)；

專用的視頻口，包括3個(gè)可配置的視頻口；

外部接口：64個(gè)獨(dú)立通道的增強(qiáng)EDMA控制器，多通道音頻串行端口(McASP)，64 bit的外部存儲(chǔ)單元接口EMIF，66 MHz 32-bit，3.3 V的PCI主／從接口，10 Mb／s／100 Mb／s以太網(wǎng)口(EMAC)及通用I／O端口(GPIO)等外圍接口；

專用緩存，能夠加快數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及運(yùn)算速度。TMS320DM64采用二級(jí)高速緩存的Cache結(jié)構(gòu)，一級(jí)程序和數(shù)據(jù)緩存為16 KB，二級(jí)緩存為256 KB，其CPU內(nèi)核基于C64X的CPU。

因此，TMS320DM642的處理速度高，外圍接口豐富，并具有專用的視頻口。與其他同性能產(chǎn)品相比，TMS320DM642性價(jià)比高，無(wú)論從產(chǎn)品性能還是經(jīng)濟(jì)效益上考慮，TMS320DM642都是圖像處理系統(tǒng)的理想選擇。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)工作過(guò)程是：視頻輸入設(shè)備攝像機(jī)輸入的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)視頻解碼器解碼后傳輸至TMS320DM642，TMS320DM642存儲(chǔ)、處理采集到的數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)送至視頻編碼器，視頻編碼器對(duì)其編碼后再送至視頻輸出設(shè)備監(jiān)視器。

3.2視頻輸入設(shè)計(jì)

采集視頻輸人設(shè)備(攝像機(jī))圖像采用專門的視頻解碼器，視頻解碼器實(shí)現(xiàn)圖像采集驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間縮短設(shè)計(jì)周期。視頻解碼器采用Phillips公司的SAA7115。

TMS320DM6412數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)IOM器件驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖2所示驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)分為Class Driver與Mini-Driver兩個(gè)層面，利用FVID模塊設(shè)計(jì)Class Driver，提供獨(dú)立和通用的API設(shè)置以及Mini-Driver的多種服務(wù)。為了使代碼重復(fù)利用率達(dá)到最高，Mini-Driver分為通用部分和面向不同電路板的個(gè)體部分設(shè)計(jì)，前者利用EDMAs與視頻口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，后者又稱為EDC(External DeviceControl)接口設(shè)計(jì)，是針對(duì)不同電路板設(shè)置視頻解碼器，包括視頻編碼器的初始化及其配置等。采用此方式設(shè)計(jì)TMS320DM642視頻輸入驅(qū)動(dòng)時(shí)，需配置DSP／BIOS參數(shù)：正確配置Input／Output下DeviceDrivers中的User-DefinedDrivers項(xiàng)，包括Init function、Function table ptr、Function table type、Deviceid、Device params ptr、Device global data ptr等參數(shù)。DSP／BIOS各參數(shù)配置完成后，DSP程序包含vport.h、vportcap.h、saa7115.h，并對(duì)SAA7115初始化及其配置，視頻數(shù)據(jù)輸入直接調(diào)用器件支持的API函數(shù)，即可完成視頻輸入驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。

3.3視頻輸出設(shè)計(jì) 視頻輸出的編碼器采用Phillips公司SAA7105。SAA7105與SAA7115是配套使用的一對(duì)器件。圖3是視頻輸出驅(qū)動(dòng)框圖，在顯示操作期間。數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器加載到幀緩沖器中，然后通過(guò)EDMA傳輸給視頻端口FIFO，視頻端口再將數(shù)據(jù)傳輸至視頻編碼器進(jìn)行顯示。EDMA中斷在每幀數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)加載完成后觸發(fā)，此中斷用于管理幀緩沖器和EDMA重新加載更新數(shù)據(jù)。

視頻輸出驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與視頻輸入驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)類似，DSP／BIOS中各參數(shù)配置完成后，DSP程序中包含vport.h，vportdis.h，saa7105.h，并對(duì)SAA7105進(jìn)行初始化以及配置，視頻數(shù)據(jù)輸出直接調(diào)用器件支持的API函數(shù)，即可完成視頻輸出驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。

3.4數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)分為兩步，第一步確定算法，第二步將確定好的算法用DSP程序代碼實(shí)現(xiàn)。確定算法利用功能強(qiáng)大且容易使用的Matlab軟件實(shí)現(xiàn)，在Matlab環(huán)境中設(shè)計(jì)算法并對(duì)其仿真，仿真結(jié)果正確后即可確定算法。DSP代碼按照?qǐng)D4所示的C6000系列代碼開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。代碼開(kāi)發(fā)流程分為三個(gè)階段：第一階段產(chǎn)生C代碼，第二階段優(yōu)化C代碼，第三階段編寫將C代碼轉(zhuǎn)換為線性匯編或匯編代碼并對(duì)其優(yōu)化，直到程序代碼滿足要求。

整個(gè)設(shè)計(jì)中代碼的優(yōu)化是核心，只有通過(guò)優(yōu)化代碼的效率才能保證滿足既定的要求。代碼優(yōu)化的步驟及方法：

1)CCS編程環(huán)境中設(shè)置編譯優(yōu)化級(jí)別為-o3，并按照C代碼的優(yōu)化法則對(duì)代碼做一些手動(dòng)的初步優(yōu)化。

2)經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的C代碼效率不能達(dá)到要求時(shí)將C代碼轉(zhuǎn)換為線性匯編代碼讓編譯器作進(jìn)一步優(yōu)化。

3)如果還不能達(dá)到要求，則將線性匯編代碼轉(zhuǎn)換為匯編代碼，并且手動(dòng)調(diào)整代碼順序，改變代碼的并行及流水能力，如此通過(guò)不斷地對(duì)代碼的調(diào)整，使代碼的執(zhí)行效率達(dá)到要求。

4 應(yīng)用實(shí)例

利用TMS320DM642EVM硬件平臺(tái)對(duì)PAL格式的圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理，算法設(shè)計(jì)時(shí)插值算法采用最近臨插值算法。整個(gè)軟件采用C語(yǔ)言編寫，程序運(yùn)行結(jié)果不理想，圖像有明顯的停滯現(xiàn)象。將耗時(shí)最多的旋轉(zhuǎn)算法代碼部分轉(zhuǎn)換成匯編代碼，并對(duì)其優(yōu)化，重新調(diào)整代碼次序，增加代碼的并行及流水能力，代碼執(zhí)行效率大大提高，程序運(yùn)行流暢無(wú)滯留，運(yùn)行速度滿足實(shí)時(shí)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

TMS320DM642提供的專用視頻端口通過(guò)EDMAs傳輸數(shù)據(jù)使視頻的獲取及輸出非常簡(jiǎn)單；同時(shí)TMS320DM642支持的視頻驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)模式大大簡(jiǎn)化視頻輸入輸出驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的工作量，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，從而保證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高效性。基于TMS320DM642的圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)周期短，是圖像處理系統(tǒng)較為理想的選擇。