基于四核DSP的視頻交通檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

交通信息視頻檢測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)圖像分析的方式獲取交通信息數(shù)據(jù)的設(shè)備，是智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent Transportation Systems) 的重要組成部分[1-2]。此系統(tǒng)以道路上方架設(shè)的攝像機(jī)作為傳感器，將路面交通圖像傳到交通信息視頻檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，提取出車輛運(yùn)行交通信息數(shù)據(jù)(包括車流量、車速度、車輛密度等)，通過(guò)一定的通信鏈路發(fā)給交通信息控制中心。此類系統(tǒng)具有準(zhǔn)確度高、壽命長(zhǎng)、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。另外，大量的交通圖像數(shù)據(jù)和不斷發(fā)展的處理算法以及各種現(xiàn)實(shí)需求對(duì)硬件系統(tǒng)性能的要求越來(lái)越高，單一處理器必將不能滿足需要，并行、通用且處理能力強(qiáng)大的多處理器系統(tǒng)逐漸受到重視和應(yīng)用。本文提出一種新型的基于四核DSP并行體系結(jié)構(gòu)的交通信息視頻檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用4個(gè)DSP處理器并行處理圖像數(shù)據(jù)，極大提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力和傳輸性能。

1視頻檢測(cè)系統(tǒng)整體方案

目前交通信息視頻檢測(cè)系統(tǒng)較為復(fù)雜，而且穩(wěn)定性不高、價(jià)格昂貴、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，需要專人管理，操作較為繁瑣。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖1所示采用4核DSP結(jié)構(gòu)，通過(guò)4個(gè)系統(tǒng)單元間通信接口的連接，將4個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器DSP相結(jié)合，體現(xiàn)了4微處理器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)單元實(shí)現(xiàn)檢測(cè)算法并與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)。系統(tǒng)工作時(shí)，CCD攝像頭采集車流圖像信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，數(shù)字視頻數(shù)據(jù)存入視頻緩沖器FIFO中，存滿一行后向4×DSP系統(tǒng)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)；DSP中斷CPU，將數(shù)字視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)部存儲(chǔ)器SDRAM中，完成數(shù)字視頻圖像的采集和YUV變量分離，合成一幀完整的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；然后產(chǎn)生中斷通知算法處理程序?qū)D像進(jìn)行處理，結(jié)果存儲(chǔ)在DSP地址空間約定好的緩沖區(qū)里，等待外部設(shè)備取走檢測(cè)結(jié)果，以作后續(xù)處理。

2 DSP簡(jiǎn)介

DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)自從1982年誕生以來(lái)，獲得了飛速的發(fā)展。本文采用4顆TI(Texas Instrument)公司高端DSP-TMS320C6416所設(shè)計(jì)，具有主頻高、雙套外部地址和數(shù)據(jù)總線等特點(diǎn)，非常適用于圖像處理等領(lǐng)域。有關(guān)該芯片的特點(diǎn)如下，詳細(xì)資料可見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]。

(1) DSP內(nèi)核采用超長(zhǎng)指令字（VLIW）體系結(jié)構(gòu)，有8個(gè)功能單元、64個(gè)32　　 bit通用寄存器。一個(gè)時(shí)鐘周期同時(shí)執(zhí)行8條指令，運(yùn)算能力可達(dá)到 4800MIPS（每秒百萬(wàn)條指令），支持8/16/32/64 bit的數(shù)據(jù)類型。兩個(gè)乘法累加單元一個(gè)時(shí)鐘周期可同時(shí)執(zhí)行4組16×16 bit乘法或8 組8×8bit乘法，每個(gè)功能單元在硬件上都增加了附加功能，增強(qiáng)了指令集的正交性。除此之外還增加了一些指令用以削減代碼長(zhǎng)度和增加寄存器的靈活性；

(2)為使數(shù)據(jù)能保持對(duì)超快速DSP內(nèi)核的供給，TMS320C6416采用了兩級(jí)超高速緩存器，即16 KB的一級(jí)數(shù)據(jù)Cache、16 KB的一級(jí)程序Cache和1 024 KB的數(shù)據(jù)和程序統(tǒng)一內(nèi)存。為了達(dá)到更大的擴(kuò)展，1 024 KB內(nèi)存中的256 KB存儲(chǔ)空間可設(shè)置用作二級(jí)Cache；

(3)TMS320C6416的存儲(chǔ)器接口提供了到SDRAM、SBSRAM、異步器件如SRAM/ROM等存儲(chǔ)器的無(wú)終端接口，也可連接到外部I/O器件;

(4)在TMS320C6416 中，增加了一個(gè)PCI接口，支持32bit寬的地址和數(shù)據(jù)復(fù)用總線，工作頻率最高為33MHz；

(5)DSP器件比通用CPU家族的動(dòng)輒幾十瓦而言，其功耗一般在數(shù)瓦甚至毫瓦量級(jí)，這在各種功耗敏感場(chǎng)合顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)省去了繁雜的散熱系統(tǒng)。本文采用C6416，I/O電壓為3.3 V，內(nèi)核電壓為1.2 V。當(dāng)時(shí)鐘頻率為600 MHz時(shí)，DSP的最大功耗小于1.6 W。

2.1 4×DSP的并行圖像處理系統(tǒng)

使用4個(gè)TI公司高端數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6416構(gòu)建一種新型的并行圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)同步4口SRAM和系統(tǒng)總線構(gòu)成互連結(jié)構(gòu)，兼有緊耦合并行系統(tǒng)和松耦合并行系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)[4]。