基于TMS320DM642的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：該系統(tǒng)是以為核心，結(jié)合視頻編解碼芯片，并外擴(kuò)大容量的存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)4路視頻輸入與1路視頻輸出。本文主要介紹了基于TMS320DM642的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括視頻輸入/輸出模塊的設(shè)計(jì)、電源模塊的設(shè)計(jì)、外部存儲(chǔ)器模塊的設(shè)計(jì)，同時(shí)介紹了基本的硬件調(diào)試方法。該系統(tǒng)具有視頻傳輸延遲短、處理速度快的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻圖像處理。

關(guān)鍵詞：TMS320DM642;視頻監(jiān)控;硬件設(shè)計(jì)

引言

本系統(tǒng)使用DM642作為核心，具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力和高速的數(shù)據(jù)通道。應(yīng)用于如車牌識(shí)別、指紋識(shí)別、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能化小區(qū)監(jiān)控，圖像算法研究均具有其他處理器難以抗衡的效果。

1 硬件總體設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。輸入的視頻模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)解碼芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，TMS320DM642的EDMA控制器將大量的視頻數(shù)字信號(hào)存放在SDRAM內(nèi)，供用戶處理，然后將處理后的視頻數(shù)字信號(hào)通過(guò)編碼芯片SAA7121轉(zhuǎn)換為PAL或NTSC標(biāo)準(zhǔn)制式的模擬電視信號(hào)輸出。其中，可實(shí)現(xiàn)4路視頻輸入。

2 硬件各模塊設(shè)計(jì)

2.1 TMS320DM642

本系統(tǒng)選擇的DSP為TMS320DM642，該處理器是專門為視頻與圖像應(yīng)用量身定制的，能夠滿足各種類型視頻客戶端應(yīng)用的需求，諸如VoIP視頻、視頻點(diǎn)播(VOD)、多信道數(shù)字視頻錄像以及高品質(zhì)視頻編解碼等應(yīng)用。

TMS320DM642具有高速并行處理內(nèi)核，主頻達(dá)到600MHz，計(jì)算能力達(dá)4 800 MPIS;采用高級(jí)甚長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)，使得在一個(gè)指令周期內(nèi)能夠并行處理8條32位的指令，片內(nèi)還集成了3個(gè)帶視頻FIFO的高速視頻口(VP0～VP2)和1個(gè)McASP音頻口。

TMS320DM642內(nèi)部具有64通道的EDMA，保證CPU和外部器件可以高速并行的傳輸數(shù)據(jù);它的EMIFA接口數(shù)據(jù)總線寬度為64位，最高數(shù)據(jù)存取頻率為133 MHz，可直接與大容量、低成本的SDRAM芯片無(wú)縫連接。

TMS320DM642采用了兩級(jí)緩存機(jī)制，CPU和一級(jí)程序高速緩存(LIP)及一級(jí)數(shù)據(jù)高速緩存(LID)直連，兩塊Cache分別為16 KB，工作在CPU全速訪問(wèn)狀態(tài)。可配置的二級(jí)緩存(L2)有256 KB，它是數(shù)據(jù)和程序共用的。

2.2 電源管理模塊

電源管理模塊由2部分組成：供電電路和電源監(jiān)測(cè)電路。

2.2.1 供電電路

設(shè)計(jì)中采用2片TI公司的電源芯片0，分別給TMS320DM642提供Cvdd和Dvdd電壓，如圖2所示。

要解決Cvdd與Dvdd的上電順序問(wèn)題，將(1)的PWRGD引腳和TPS54310(2)的SS/EN引腳相連，當(dāng)TPS54310(1)的輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定的+1.4 V后PWRGD引腳輸出高電平送到TPS54310(2)的SS/EN引腳，當(dāng)這個(gè)值高于1.2 V時(shí)，芯片(2)開(kāi)始工作，這就保證了CPU內(nèi)核的上電時(shí)間早于I/O的上電時(shí)間。

視頻解碼芯片TVP5150和編碼芯片SAA7121采用+1.8 V和+3.3 V電壓，由于涉及到模擬信號(hào)，因此這兩個(gè)電壓又分為數(shù)字(+1.8 V和+3.3 V)和模擬(+1.8 VA和+3.3 VA)兩種;為了減小系統(tǒng)的功耗，用到的所有電平轉(zhuǎn)換芯片都采用其輸入容限(+5 V)內(nèi)的+4.1 V電壓。

設(shè)計(jì)選用TPS767D318芯片產(chǎn)生視頻編解碼時(shí)需要的+1.8VA和+3.3 VA模擬電壓，通過(guò)片狀鐵氧體磁珠BLM18PG121SNl可以將+1.8VA轉(zhuǎn)換為+1.8 V。將+5 V電壓經(jīng)過(guò)二極管MMBD4148降壓，產(chǎn)生電平轉(zhuǎn)換芯片所需的+4.1 V。

2.2.2 電源監(jiān)測(cè)電路

設(shè)計(jì)中選用了TI公司生產(chǎn)的TPS3307-25芯片，它的固定復(fù)位信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)200 ms，能滿足系統(tǒng)中所有芯片的復(fù)位需求，可監(jiān)控的電壓范圍包括2.5 V、3.3 V，本設(shè)計(jì)中對(duì)系統(tǒng)中+3.3 V電壓和2.5 V電壓以及TPS54310(1)的PWRGD引腳(1.4 V)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如圖3所示，這個(gè)監(jiān)測(cè)電路提供了兩種復(fù)位方式：①在電源電壓降到一定的門限值以下，將強(qiáng)制系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài);②可以通過(guò)MR#引腳上的按鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手工復(fù)位。

2.3 外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展模塊

TMS320DM642的EMIFA是一個(gè)64位寬的接口，可以實(shí)現(xiàn)與多種同步和異步存儲(chǔ)器的無(wú)縫連接。EMIFA最大的總線時(shí)鐘可達(dá)133 MHz。

2.3.1 EMIFA與SDRAM的接口設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中選用2片Micron公司開(kāi)發(fā)的32位數(shù)據(jù)總線的MT48LC4M3282芯片組成64位數(shù)據(jù)總線與EMFI直連。連接如圖4所示。

SDRAM的地址線A[0-11]與TMS320DM642的地址線AEA[3-14]相連，由于該DSP的數(shù)據(jù)線是64位的，需要8個(gè)字節(jié)對(duì)齊，占用3位地址線，所以從TMS320DM642的地址線的第4位開(kāi)始相連。兩片SDRAM數(shù)據(jù)輸入接口分別連接TMS320DM642的數(shù)據(jù)線AED[0-31]和AED[32-63]。字節(jié)使能引腳DQM[0-3]連接TMS320DM642的引腳ABE[0-7]，其中，DQM0控制DQ[0-7]字節(jié)使能，DQM1控制DQ[8-15]字節(jié)使能，DQM2控制DQ[16-23]字節(jié)使能，DQM3控制DQ[24-31]字節(jié)使能。

2.3.2 EMIFA與FLASH的接口設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用AMD公司生產(chǎn)的32 MB的AM29LV033C芯片。連接如圖5所示。

AM29VL033C的輸出使能(OE)和寫使能(WE)與TMS320DM642的輸出使能和寫使能信號(hào)直接相連，AM29VL033C的芯片使能(CE)與TMS320DM642的ACE1相連，作為片選信號(hào)。8位數(shù)據(jù)總線直接與TMS320DM642數(shù)據(jù)總線相連，低19位地址總線A[18-0]與TMS320DM642的AEA[21-3]連接，A[19-21]三地址引腳用電阻下拉，保留待以后擴(kuò)展應(yīng)用。