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1、 66 2010 年第 02 期，第 43 卷 通 信 技 术 Vol.43，No.02,2010 总第 218 期 Communications Technology No.218,Totally 基于 DSP 和单片机的图像存储系统设计 张彦军，梁 炜（中北大学电子测试技术国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051）【摘 要】【摘 要】将系统分为两个硬件部分进行设计，分别为DM642核心板、68013读数板，并详细介绍了系统的主要软件设计，及系统测试。本系统的数据采集采用COMS图像传感器，较CCD传感器有多功能集成、低功耗、信号读取方便等优点。并采用DM
2、642内部McBSP配置串口，从而减小了电路板的体积，提高了传输速度。本系统经过通过调试验证效果良好，系统稳定。【关键词】【关键词】DM642；单片机 68013；CMOS 图像传感器【中图分类号】【中图分类号】TP335+.3 【文献标识码】【文献标识码】A 【文章编号】【文章编号】1002-0802(2010)02-0066-02 Design of Picture Memory System Based on DSP and Singlechip Design of Picture Memory System Based on DSP and Singlechip ZHANG Yan-j
3、un，LIANG Wei(State Key Laboratory For Electronic Measurement Technology,Key Laboratory of Instrumentation Science&Dynamic Measurement(North University of China),Ministry of Education,Taiyuan Shanxi 030051,China)【Abstract】【Abstract】The system contains two parts:DM642 core board and 68013 reading boar
4、d.The system software design and the system test are described in this paper.CMOS picture sensor is used for data acquisition of the system,and as compared with CCD sensor,it has such advantages as multifunction integration,low power consumption,convenient signal reading and so on.McBSP of DM642 is
5、deployed to uart port,thus the volume of circuit board is reduced,and the transmission speed raised.The debugging and testing indicates that the system is stable and of good performance.【Key words】【Key words】DM642;CMOS picture sensor;McBSP 0 引言 图像采集系统在安防、工业等各大领域大量存在，随着多媒体技术的快速发展，对图像采集及处理技术系统的性能提出了更高
6、的要求，如高采集速度、低功耗、信号连续平滑、延时小、实时性及扩展性等。TI 公司推出的 TMS320DM6421很好地解决了上述问题，其丰富的外围接口及专用的视频处理模块使得其非常适合日益发展的图像处理系统。本文提出了以 TMS320DM642 为核心，CMOS 图像传感器、线性 FLASH、非线性 FLASH、LXT971、68013 单片机等的集视频采集、压缩、存储、网络传输、串口传输、系统验证于一体的多功能图像处理系统。1 硬件设计 1.1 DM642 核心板硬件设计 1.1 DM642 核心板硬件设计 CMOS 图像传感器的 YUV 信号直接接入 DM642 的 VP0 接口,DSP
7、里面的 EDMA 会将视频口输入的亮度 Y，还有红差 CR、蓝差 CB 的数据自动分开存到 DM642 外接的 SDRAM 里，然后进行相关处理。DM642 的 CLOCK 部分,使用 50 MHz 的外部时钟网络和 12 倍的片内锁相环倍频系数,将 DSP 的主频配置为600 MHz。由于视频采集系统的数据存储量大,计算复杂,系统在 TMS320DM642 的 CE0 空间通过 EMIFA 接口外扩了 2 片SDRAM 存储芯片,频率为 133 MHz,由外部 ECLKIN 外接 PLL（Phase Locked Loop）芯片产生 133M 时钟，使系统的 SDRAM 存储空间达到 32
8、Mb。DM642 核心板硬件原理示意图如图 1 所示2。图 1 DM642 核心板硬件原理 收稿日期收稿日期：2008-12-17。基金项目：基金项目：微型机械电子系统(MEMS)测试计量技术与理论研究(50535030)。作者简介：作者简介：张彦军（1975-），男，讲师，硕士，主要研究方向测试计量技术及仪器；梁 炜（1982-），男，硕士研究生，主要研究方向电路设计。67 TMS320DM642 的Boot为EMIFA 方式,系统在CE1空间外扩了一片FLASH AM29LV320 存储芯片作为程序存储器,当DM642上电或复位启动时,自动从AM29LV320上加载程序代码。另外系统在CE
9、1空间外扩了一片NAND FLASH K9K8G08U0M用来存储处理后的视频数据。同时系统采用ALTERA公司的CPLD EPM3064ATC100用来对系统内的控制信号进行管理，包括测试信号、复位信号、使能及中断信号、同步控制信号等，以及对DM642的部分地址空间的管理，CPLD还预留了部分引脚用于系统功能的扩展。同时TMS320DM6423内部集成了以太网控制器外设,在外部只需外扩PHY物理层芯片LXT971就可以为系统构建一条100 Mb/s 的高速以太网接口,使本系统具有了网络传输的功能。本系统采用DM642内部McBSP配置成串口，外接MAX3295可以使本系统串口传输速度达到10
10、 Mbit/s。1.2 68013 读数板硬件设计 1.2 68013 读数板硬件设计 串口模块数据通过 422 串口送入读数板，先通过 FPGA进行串并转换，然后进入 FIFO 中进行缓存，单片机通过判断半满信号，对数据进行操作，然后通过 USB 接口送入上位机进行显示验证数据传输是否正确。CY7C680134单片机内部集成的 USB2.0 的 SIE 能完成大部分 USB2.0 协议的处理工作，从而减少了用户对繁杂的 USB 协议的处理。用户在使用该单片机与外围设备进行数据传输时，只需直接利用 GPIF 接口来实现与外围设备之间的逻辑连接，就可以进行高速数据的传输。68013 读数板硬件原
11、理示意图如图 2 所示。图 2 68013 读数板硬件原理 CY7C68013 单片机的GPIF接口有16 位数据线，6个RDY 信号和6个CTL 信号。RDY 信号用于对输入的信号进行判断，CTL用于输出对外部器件的控制命令，16位数据线，用于单片机和外面的器件进行数据的交换和传输。外部FIFO IDT7206与USB单片机之间的通讯实现GPIF模式下的USB单片机与外界之间的数据通讯连接。由于IDT7206与USB单片机之间进行的是8位数据传输，因此，数据线采用的是GPIF接口的低8位，把IDT7206的HALF半满信号连在了USB单片机的RDY0引脚，FULL满信号连到RDY1引脚，RE
12、AD信号连接在了USB单片机的CTL0的引脚,WRITE 连接在了CTL1 引脚上，在逻辑上就实现了IDT7206 和CY7C68013 的数据通讯连接。2 系统软件设计 程序采用 RF-5(参考设计框架 5)来整合 JPEG 的编码、解码库。程序使用了 5 个任务模块的结构，分别为：输入任务、处理任务、控制任务、网络初始化任务、网络任务。本软件设计的数据流程是：摄像头采集到一帧图像，通过TVP5150 将图像格式转为 YUV 4:2:2 格式传送到 DSP 的视频输入接口，在 DSP5内部图像格式由 YUV 4:2:2 格式进行重抽样变为 YUV4:2:0 格式。然后，通过 SCOM 序列，
13、图像数据被发送到 JPEG 编码模块进行处理。JPEG 编码器输出的JPEG 图像通过一个 SCOM 发送到网络任务模块，可供网络访问。具体操作是：将程序编译后下载到 DSP 目标板，运行；用交叉网线连接 DSP 目标板网口与 PC 机网口，修改 PC 的 IP地址为 192.168.1.2，掩码为 255.255.255.0，默认网关为192.168.1.1；打开浏览器，在地址栏输入上边得到的 IP 地址（192.168.2.66），观察网页。（1）输入任务 输入任务从输入设备驱动程序获得视频图像。它通过驱动程序提供的FVID_exchange来得到从TVP5150传来的一帧最新视频图像。输
14、入任务还要对获取的YUV 4:2:2 格式图像数据进行重采样，转成YUV 4:2:0格式。然后，输入任务将包含图像数据指针的消息通过SCOM发送到JPEG编码器，接着等待返回消息以继续处理。（2）处理任务 处理任务是一个JPEG 编码单元，它对YUV 4:2:0 格式的图像进行JPEG编码压缩。压缩质量可以通过网页按需求进行调整。处理完成后，处理任务模块再发送附带JPEG 文件的SCOM 消息给网络任务模块。（3）控制任务 控制任务管理可选参数，可以控制JPEG 图象帧率和压缩质量。控制任务检测参数的改变，这些参数定义在一个全局结构“External Control”中。控制任务还将更新的参数
15、复制到任务自定义的结构“External Control_prev”中，并向处理任务模块发送消息。处理任务模块定时检测这些消息并执行相关的控制函数。（4）网络初始化任务 网络初始化任务启动网络环境。当网络准备好后，建立网络任务。（5）网络任务 网络任务用于支持系统中的网络功能调用。当它初始化完成后，开始等待处理任务模块发送的 SCOM 消息。网络模块得到需要的 SCOM 消息后，把处理模块发送来的 JPEG 图像建为一个图像文件 IMAGE1.JPG，这个图像可以由 HTTP 服务器识别并发送给 HTTP 客户端。接着回发一个 SCOM 消息给处理模块，通知它已经准备好处理下一个 JPEG 文
16、件。3 系统测试 焊接完毕电路板后，需测试 DM642 工作是否正常，将电路板连接仿真器及 PC 机，上电后启动 CCS（Code Composer Studio）代码编辑与集成环境,如果能正常启动并运行,则表示测试通道已经建立,DM642 工作正常。当系统的核心处理部分DM642 工作正常后,即可进行系统各个外设模块的调试。通过下载程序到 DM642 核心板中，运行程序，然后进行读数操作，在上位机中观察读数，显示读数无丢数错数现象，表明系统工作正常。（下转第 70 页）70 (a)初始位置 (b)CV 全局 (c)Shawn 方法 (d)本文方法 图 3 三种方法的分割结果对比 2.2 局部
17、半径和局部子区域的半径选取 2.2 局部半径和局部子区域的半径选取 本文方法中的最重要的两个参数：部半径，决定了最大背景类的选取范围；局部子区域半径，决定了算法对图像中最小结构元素的接纳能力。图4是在不同半径下的收敛结果对比。(a)25,8gsrr=(b)16,8gsrr=(c)16,3gsrr=图 4 局部半径和局部子区域半径比较 2.3 初始位置对收敛结果的影响 2.3 初始位置对收敛结果的影响 本文方法唯一的缺点就是对曲线初始位置是敏感的。图5 展示了几种典型的初始边界及其对应的收敛位置。(e)初始位置 3(f)结果 3(g)初始位置 4(h)结果 4 (a)初始位置 1(b)结果 1(
18、c)初始位置 2(d)4 结果 2 图 5 初始位置对结果的影响 3 结语 本文扩展了基于区域的活动轮廓分割方法，提出了基于局部子区域的活动轮廓分割方法。并提出了一种基于本文框架下的能量函数的设计方法，并使用其与全局能量方法、局部能量方法做了效果对比，结果表明，在继承前两类方法的基础上，本文的方法在复杂多纹理图像的分割中取得了更好的效果，扩展了此类方法的适应能力。由于，局部半径和局部子区域的半径是本方法至关重要的参数，所以后续的研究工作中，我们将致力于研究自适应的半径选择方式。参考文献 参考文献 1 郑伟,康朝红.基于梯度的低对比度 X 线图像分割方法J.通信技术,2009,42(01):29
19、2-294.2 姬宝金,吕建平.基于梯度重建与形态学分水岭算法的图像分割J.通信技术,2009,42(05):98-102.3 Osher S,Fedkiw R.Level Set Methods and Dynamic Implicit Sur-facesM.New York:Cambridge Univ.Press,2003:23-95.4 Chan T,Vese L.Active Contours Without EdgesJ.IEEE Trans.Image Process,2001,10(02):266277.5 Brox T,Cremers D.On the Statistical
20、 Interpretation of the Piece-wise Smooth Mumford-shah FunctionalC/Proc.Scale Space Var.Met.Comp.Viso.Heidelberg:Springer Berlinin,2007:203-213.6 Lankton S,Tannenbaum A.Localizing Region-Based Active ContoursJ.IEEE Trans.On Image Processing,2008,17(11):2029-2039.7 Michailovich O,Rathi Y,Tannenbaum A.
21、Image Segmentation Using Sctive Contours Driven by the Bhattacharyya Gradient FlowJ.IEEE Trans.Image Process,2007,15(11):27872801.（上接第 67 页）4 结语 本文所实现的基于DM642高性能图像处理器与高速CMOS 图像传感器、68013单片机的图像采集存储系统,充分利用DM642强大处理能力与丰富的外设功能,并为系统设计了以太网、422通讯端口及验证系统,完全可以满足各种图像采集应用场合的需要。系统软件方面,以DSP/BIOS实时多任务操作系统为核心,最大限度地
22、应用了DSP/BIOS 的技术优势。该嵌入式成像系统成像质量高,采集速度快,图像采集频率达到100 帧/秒(VGA),串口传输速率达10 Mbit/s，可以广泛应用于机器人,智能安防，检测和其他需要嵌入式图像信息处理的自动化领域。参考文献 参考文献 1 江思敏,刘畅.TMS320C6000DSP 应用开发教程M.北京:机械工业出版社,2005:101-103.2 庄益强,余轮.基于DM642的X264视频监控系统的软件实现J.通信技术,2007,40(12):397-399.3 黄桃,李小文,刘琳.基于定点DSP的AMR语音编解码器的实时实现J.通信技术,2007,40(11):382-384
23、.4 林刚勇,马善农,许邦莲.CY7C68013 在数据传输中的应用J.微计算机信息,2007,10:76-78.5 汪安民，张松灿，常春藤.TMS320C6000DSP 实用技术与开发案 例M.北京:人民邮电出版社,2008,04:67-70.基于DSP和单片机的图像存储系统设计基于DSP和单片机的图像存储系统设计作者：张彦军，梁炜，ZHANG Yan-jun，LIANG Wei作者单位：中北大学电子测试技术国家重点实验室,仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西,太原,030051刊名：通信技术英文刊名：COMMUNICATIONS TECHNOLOGY年，卷(期)：2010，43(2)被引用次数：0次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.江思敏.刘畅 TMS320C6000DSP应用开发教程 20052.庄益强.余轮 基于DM642的X264视频监控系统的软件实现期刊论文-通信技术 2007(12)3.黄桃.李小文.刘琳 基于定点DSP的AMR语音编解码器的实时实现期刊论文-通信技术 2007(11)4.林刚勇.马善农.许邦莲 CY7C68013在数据传输中的应用期刊论文-微计算机信息 2007(29)5.汪安民.张松灿.常春藤 TMS320C6000DSP实用技术与开发案例 2008 本文链接：http:/