基于DSP和FPGA的實(shí)時(shí)圖像壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的方法是采用EDMA ping_pong方式。在DSP中使用hEdmaPing和hEdmaPong雙通道EDMA并建立PingBuffer和PongBuffer兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 當(dāng)寫(xiě)完1幀圖像后，FPGA發(fā)送EXTINT4中斷信號(hào)啟動(dòng)hEdmaPing將數(shù)據(jù)搬移到PingBuffer，同時(shí)將通道鏈接至hEdmaPong。在下一個(gè)中斷事件發(fā)生時(shí)將數(shù)據(jù)搬移到PongBuffer中，CPU在hEdmaPong通道完成中斷服務(wù)程序中鏈接hEdmaPing通道。如此往復(fù)，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)搬移和處理連續(xù)進(jìn)行。
3.2 DSP/BIOS調(diào)度程序設(shè)計(jì)
僅僅采用EDMA乒乓方式進(jìn)行EDMA數(shù)據(jù)傳輸還是不夠的，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和壓縮同時(shí)進(jìn)行，還需要DSP/BIOS調(diào)度程序。在任務(wù)、硬件中斷、軟件中斷中進(jìn)行調(diào)度，在軟中斷服務(wù)函數(shù)中進(jìn)行圖像壓縮任務(wù)。
DSP/BIOS是TI公司所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的、尺寸可裁剪的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，通過(guò)使用DSP/BIOS提供的豐富的內(nèi)核服務(wù)，開(kāi)發(fā)者能快速地創(chuàng)建滿足實(shí)時(shí)性能要求的精細(xì)復(fù)雜的多任務(wù)應(yīng)用程序。
DSP/BIOS程序編寫(xiě)過(guò)程如下：
(1)在DSP/BIOS配置面板中添加1個(gè)軟中斷jpeg_swi，并將該軟中斷的服務(wù)函數(shù)設(shè)置為jpeg。
(2)添加軟中斷服務(wù)函數(shù)jpeg()；代碼如下：
void jpeg(void)
{
Uint32 i；
if(pingpong)
bitstream_length=my_jpegenc->fxns->encode(my_jpegenc，(XDAS_Int8**)buf0，output_bitstream_buffer)；
else
bitstream_length=my_jpegenc->fxns->encode(my_jpegenc，(XDAS_Int8 **)buf1，output_bitstream_buffer)；
submit_qdma()；
while(!(EDMA_getPriQStatus()EDMA_OPT_PRI_HIGH))；
}
(3)在EDMA中斷服務(wù)函數(shù)中添加如下代碼：
SWI_post(jpeg_swi)；
該函數(shù)的作用是觸發(fā)jpeg_swi軟中斷。
4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
4.1 時(shí)鐘
在使用內(nèi)部生成的時(shí)鐘過(guò)程中，可能引起設(shè)計(jì)上的功能和時(shí)限問(wèn)題。組合邏輯產(chǎn)生的時(shí)鐘會(huì)引入毛刺，造成功能問(wèn)題，而引入的延遲則可能會(huì)導(dǎo)致時(shí)限問(wèn)題。
本設(shè)計(jì)中用到很多全局時(shí)鐘的整數(shù)倍分頻，且由于分頻的整數(shù)倍較大，如果利用FPGA中自帶的DCM模塊很難實(shí)現(xiàn)這樣的功能。因此，采用同步計(jì)數(shù)器的分頻方法，并且在各個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸出之前，再加一級(jí)寄存器輸出，這樣的操作就避免了組合邏輯生成的毛刺被阻擋在寄存器的數(shù)據(jù)輸入端口上。
4.2 DSP與FPGA數(shù)據(jù)交換
由于壓縮算法采用MECOSO公司的JPEG壓縮算法，經(jīng)過(guò)優(yōu)化和處理后，壓縮1幅圖像僅需要4 ms。所以影響整個(gè)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)高頻幀的關(guān)鍵技術(shù)是EDMA向SDRAM中搬移數(shù)據(jù)的速度，在本設(shè)計(jì)中設(shè)幀圖像的大小為600×480=288 KB，傳輸1幅圖像所需的時(shí)間需要10 ms。影響其速度主要有2個(gè)因素：EMIF所使用的ECLOCK和EMIF相關(guān)設(shè)置的寄存器。
在本系統(tǒng)中，ECLOCK采用了DSP的CPU4分頻，使EMIF的CLOCK工作在150 MHz，大大提高了搬移速度。由于SRAM映射在DSP的CE2空間，考慮到讀取數(shù)據(jù)需要建立(setup)、選通(Strobe)和保持(Hold)3個(gè)步驟，故將CE2相關(guān)寄存器的建立時(shí)間和選通時(shí)間選擇為1個(gè)clk，經(jīng)Hold時(shí)間設(shè)置為0。這樣設(shè)置后EMIF總線的數(shù)據(jù)吞吐量為：
本文設(shè)計(jì)的圖像壓縮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分辨率為600×480、幀頻率為100幀/s的視頻信號(hào)輸入的圖像采集，并能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的JPEG壓縮。系統(tǒng)采用DSP+FPGA的方案，雖然是一種較常用的組織方式，但在該系統(tǒng)中解決了一些關(guān)鍵的問(wèn)題，大大提高了圖像壓縮速度及系統(tǒng)的靈活性。本系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于航天領(lǐng)域某監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定。
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評(píng)論