基于DSP的視頻采集驅動(dòng)程序的設計

視頻終端的核心是圖像的數字化處理模塊。基于PC機的數字視頻處理，給出了算法研究的途徑，而基于高速DSP的應用模塊才提供了實(shí)時(shí)嵌入式視頻處理的可能。然而，基于DSP的海量視頻數據的實(shí)時(shí)處理的關(guān)鍵則是實(shí)時(shí)、合理的視頻數據采集。本文針對自行研制的基于TMS320DM642(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DM642)DSP的視頻處理板卡，使其在C64x系列DSP的實(shí)時(shí)操作系統DSP/BIOS的環(huán)境下運行，實(shí)現基于類(lèi)/微驅動(dòng)模型的視頻采集驅動(dòng)程序，并進(jìn)一步描述采用EDMA(增強的直接存儲器存取控制器)的數字視頻圖像信號的實(shí)時(shí)傳輸。

　　1 類(lèi)/微驅動(dòng)程序模型

　　C64x系列的DSP系統給出了類(lèi)/微驅動(dòng)模型[1] 的驅動(dòng)程序結構，采用該模型進(jìn)行驅動(dòng)程序設計，應用程序可以復用絕大部分相似設備的驅動(dòng)程序，從而提高驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)效率。類(lèi)/微驅動(dòng)模型結構如圖1所示，該模型在功能上將驅動(dòng)程序分為依賴(lài)硬件層(微驅動(dòng))和不依賴(lài)硬件層(類(lèi)驅動(dòng))兩層，并在兩層之間給出通用接口。上層的應用程序不直接控制微驅動(dòng)，而是通過(guò)類(lèi)驅動(dòng)對其進(jìn)行控制。每一個(gè)類(lèi)驅動(dòng)在應用程序代碼中表現為一個(gè)API函數，并通過(guò)標準微驅動(dòng)的接口IOM與微驅動(dòng)進(jìn)行通信。

　　在類(lèi)/微驅動(dòng)模型中，類(lèi)驅動(dòng)通常用于完成多線(xiàn)程I/O請求的序列化功能和同步功能，同時(shí)對設備實(shí)例進(jìn)行管理。類(lèi)驅動(dòng)通過(guò)每個(gè)外部設備獨有的微驅動(dòng)對設備進(jìn)行操作。微驅動(dòng)采用芯片支持庫[2]控制外設的寄存器、內存和中斷資源。微驅動(dòng)程序必須將特定的外部設備有效地表示給類(lèi)驅動(dòng)。

　　類(lèi)驅動(dòng)使用DSP/BIOS中的API函數[3]實(shí)現諸如同步等的系統服務(wù)，DSP/BIOS定義了三種類(lèi)驅動(dòng)模塊：管道管理模塊(PIP)、流輸入輸出管理模塊(SIO)和通用輸入輸出模塊(GIO)。在PIP和SIO類(lèi)驅動(dòng)中，調用的API函數已經(jīng)存在于DSP/BIOS的PIP和SIO模塊中了，這些API函數需將參數傳給相應的適配模塊，才能與微驅動(dòng)交換數據。而在GIO類(lèi)驅動(dòng)中，調用的API函數則直接與微驅動(dòng)通信。

　　2 基于DM642的視頻采集驅動(dòng)

　　2.1 硬件結構

　　筆者利用TI公司的多媒體處理芯片DM642自行研制了嵌入式視頻處理板卡?？ㄉ系闹饕M成模塊有視頻采集模塊、視頻處理模塊以及網(wǎng)絡(luò )發(fā)送模塊，其中視頻采集模塊主要由DSP芯片DM642[4]、視頻A/D 轉換芯片SAA7115和同步動(dòng)態(tài)存儲器芯片SDRAM等組成，如圖2所示。來(lái)自攝像頭的視頻信號通過(guò)SAA7115進(jìn)行數字化處理，輸出的數字視頻信號經(jīng)過(guò)視頻端口的內部FIFO緩沖后，由DM642通過(guò)EDMA將數據傳送到片外SDRAM中，以便供視頻應用程序使用。

　　主芯片DM642的處理能力達到4800MIPS，它的最大特點(diǎn)是芯片內部集成了三個(gè)可配置的視頻端口[5]，這些視頻端口提供了與通用視頻A/D轉換芯片的無(wú)縫接口，因而無(wú)需外加CPLD(復雜可編程邏輯器件)和FIFO就可以滿(mǎn)足系統設計的要求。SAA7115支持六路CVBS(復合模擬視頻輸入)或三路S－VIDEO (S端子信號)輸入，支持多種格式的數字RGB和YUV視頻信號輸出。DM642通過(guò)IIC總線(xiàn)控制SAA7115的內部寄存器。

　　采用類(lèi)/微驅動(dòng)模型編寫(xiě)DM642芯片視頻端口的視頻采集驅動(dòng)程序，驅動(dòng)必須滿(mǎn)足如下幾個(gè)基本功能：

　　· 可同時(shí)處理DM642的三個(gè)視頻端口；
　　· 支持應用程序配置視頻采集的參數，支持獲取圖像數據；
　　· 支持場(chǎng)圖像的采集，支持對CVBS和S－VIDEO兩種模擬信號的采集。

　　在視頻采集過(guò)程中，最重要的是對視頻數據進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和有效的傳輸，因此需要使用硬件中斷，并在中斷服務(wù)程序中，根據視頻端口內部FIFO的狀態(tài)通過(guò)EDMA完成視頻數據的讀入。