基于DM642的視頻處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

近年來，視頻處理系統(tǒng)的研究受到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，發(fā)展也非常迅速。同時(shí)，視頻技術(shù)也是一門跨越很多學(xué)科的技術(shù)，在此基礎(chǔ)上又衍生出了很多的新的技術(shù)和研究方向，比如人臉識(shí)別技術(shù)和圖像邊緣檢測(cè)算法的研究以及視頻壓縮算法的研究等。現(xiàn)在視頻處理系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，比如交通路口的監(jiān)控裝置、在機(jī)場(chǎng)、港口以及一些公共場(chǎng)所使用的視頻監(jiān)控設(shè)備等。如果視頻技術(shù)再和圖像處理等技術(shù)結(jié)合起來，那么其應(yīng)用的范圍和深度都會(huì)有很大的提高，比如在安防領(lǐng)域可以用于輔助識(shí)別危險(xiǎn)目標(biāo)和恐怖分子等，這些技術(shù)在民用領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
針對(duì)以上這些應(yīng)用需求，本文采用TI公司的TMS320DM642(以下簡稱DM642)數(shù)字多媒體處理芯片設(shè)計(jì)了一套視頻處理系統(tǒng)。文中主要介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試過程。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案
1．1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
視頻處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用的DSP是DM642，它是一款高性能的數(shù)字多媒體處理器，最高運(yùn)算速度可達(dá)5760MIPS(每秒百萬條指令)，可以滿足復(fù)雜算法的實(shí)時(shí)處理要求。視頻信號(hào)需要通過CCD攝像頭采集。
視頻解碼芯片將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供DSP進(jìn)行運(yùn)算處理。DM642的視頻接口(VP口)共有3個(gè)，其中VP0和VP1都是20位，10位用于視頻輸入，另外10位用于音頻輸入。VP2口也是20位，可以分為兩路視頻輸入。在本文設(shè)計(jì)的視頻處理系統(tǒng)中，采集到的模擬視頻信號(hào)經(jīng)過視頻解碼芯片模／數(shù)轉(zhuǎn)換后，形成BT．656格式的數(shù)字視頻信號(hào)，通過DM642的VP0口輸入。
數(shù)字信號(hào)經(jīng)過DM642的軟件編碼器進(jìn)行編碼壓縮處理，編碼壓縮生成的視頻碼流數(shù)據(jù)打包后通過RJ-45接口經(jīng)以太網(wǎng)傳送到遠(yuǎn)端的上位機(jī)，上位機(jī)作為SERVER，這樣就構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)。通過DM642獨(dú)立多媒體接口(MII)，片外連接一片以太網(wǎng)處理芯片，就可以構(gòu)成10／100 Mbpa以太網(wǎng)模塊。本地回放由視頻編碼芯片來完成。
通過DM642的EMIF接口可以連接SDRAM和Flash存儲(chǔ)器。盡管DSP提供了片內(nèi)RAM，但是在大多數(shù)情況下不能滿足系統(tǒng)的要求；同時(shí)對(duì)于要求實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)而言，又要求盡量減小在數(shù)據(jù)流動(dòng)過程中由于存儲(chǔ)器讀寫造成的時(shí)間開銷，因此在系統(tǒng)中配置了高性能的SDRAM，它在運(yùn)行程序和數(shù)據(jù)處理時(shí)使用。Flash在系統(tǒng)中主要是用來存放系統(tǒng)軟件和配置參數(shù)的。
系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

在該視頻處理系統(tǒng)上集成了相當(dāng)數(shù)量的板上設(shè)備以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境，其主要特點(diǎn)為：
1)系統(tǒng)的運(yùn)行頻率為600 MHzc。
2)2個(gè)視頻端口：1個(gè)為板上解碼器，1個(gè)為板上編碼器。
3)32 MB的同步DRAM空間。
4)2 MB的Flash空間。
5)以太網(wǎng)接口。
6)配有仿真器接口可以用來進(jìn)行JTAG仿真。
7)供電電壓為+5 V。
8)蜂鳴器報(bào)警。
1．2 存儲(chǔ)器模塊設(shè)計(jì)
在數(shù)據(jù)處理模塊中，DSP芯片、SDRAM芯片和Flash芯片這3塊芯片是整個(gè)模塊電路的核心。該模塊的功能是完成與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳輸和程序存儲(chǔ)器的程序讀寫任務(wù)。通過JTAG接口電路與仿真器相連后接到計(jì)算機(jī)主機(jī)進(jìn)行仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)主機(jī)的數(shù)據(jù)交換。
1．2．1 SDRAM接口設(shè)計(jì)
在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，SDRAM內(nèi)存芯片選用Micron公司生產(chǎn)的MT48LCAM3282-1Mx32×4 banks。SDRAM，即Synchronous DRAM(同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)，表明它的工作速度是和系統(tǒng)的總線速度同步的。MT48LC4M3282總線最高時(shí)鐘為166 MHz，它主要用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，SDRAM的刷新由DSP芯片自動(dòng)控制。MT48LCAM3282是一款高速CMOS動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，它內(nèi)部配置為4個(gè)區(qū)的同步接口。
DM642的EMIF可以對(duì)SDRAM的地址屬性進(jìn)行編程，它和SDRAM可以實(shí)現(xiàn)無縫連接。EMIFA最大的時(shí)鐘總線可達(dá)133 MHz。SDRAM控制器可以支持16 M～256 Mbit的SDRAM芯片。TMS320DM642上的Cache容量有限，所以視頻數(shù)據(jù)通常存放在片外SDRAM中，在需要用到的時(shí)候通過EDMA把數(shù)據(jù)從片外搬移到片內(nèi)處理，這樣就可以提高程序的執(zhí)行效率四。TMS320DM642的SDRAM接口圖如圖2所示。

由于TMS320DM642的數(shù)據(jù)總線是64位，而每片MT48LC4M3282的數(shù)據(jù)總線是32位，所以需要并聯(lián)兩片MT48LC4M3282才能構(gòu)成64位的數(shù)據(jù)總線，這樣才可以與TMS320DM642的EMW數(shù)據(jù)總線相連。參照DM642數(shù)據(jù)手冊(cè)中SDRAM的配置方法，EA15、EA16控制SDRAM的組，EA3-EA14控制行地址，EA3-EA11控制列地址，片選信號(hào)接到DM642的上，這樣就把SDRAM分配到CE0空間上。
1．2．2 Flash接口設(shè)計(jì)
DM642 EMIFA的異步接口為各種存儲(chǔ)器和外設(shè)類型提供了可配置的存儲(chǔ)器周期類型，包括SRAM、EPROM、Flash等，在本系統(tǒng)中Flash采用的是SST公司生產(chǎn)的SST39VF1601 Flash，片選信號(hào)接到DM642的引腳上。當(dāng)DSP上電后，DSP通過增強(qiáng)的直接存儲(chǔ)器訪問從外部的CE1尋址空間復(fù)制1 K字節(jié)的數(shù)據(jù)傳給內(nèi)部存儲(chǔ)空間，然后再從內(nèi)部存儲(chǔ)空間0x0處開始運(yùn)行，所以Flash ROM必須配置在DSP的CE1空間，在DSP存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)的地址是0x90000000-0x90200000。
1．3 JTAG接口設(shè)計(jì)
JTAG接口是調(diào)試環(huán)境和目標(biāo)板之間的接口，它的好處是可以讓開發(fā)者在對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行開發(fā)的同時(shí)可以不改變目標(biāo)板的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而方便了系統(tǒng)的開發(fā)與測(cè)試。XDS510仿真器通過JTAG接口將系統(tǒng)板與電腦連接起來，這樣就可以使用TI提供的集成化開發(fā)環(huán)境對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試了。JTAG接口采用標(biāo)準(zhǔn)的雙排14腳插座。系統(tǒng)的JTAG接口電路如圖3所示。