基于TMS320DM642的圖像處理系統

1 引言

隨著(zhù)大規模集成電路的飛速發(fā)展，DSP的性能越來(lái)越完善，能夠滿(mǎn)足圖像處理時(shí)對數據處理速度的實(shí)時(shí)要求。以DSP為核心處理器組建圖像處理系統應用廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是DSP資源豐富、編程靈活、算法設計簡(jiǎn)單，并且在系統軟件開(kāi)發(fā)中可采用模塊化設計，可提高系統的通用性，縮短系統的開(kāi)發(fā)周期。本文介紹了基于TMS320DM642的圖像處理系統。

2 TMS320DM642簡(jiǎn)介

TMS320DM642是TI公司推出的一款針對網(wǎng)絡(luò )與多媒體應用的DSP。TMS320DM642具有以下主要特點(diǎn)：

處理器時(shí)鐘頻率高，具有500 MHz／600 MHz／720 MHz 三種時(shí)鐘速率(本系統設計采用的時(shí)鐘速率是600 MHz)；

專(zhuān)用的視頻口，包括3個(gè)可配置的視頻口；

外部接口：64個(gè)獨立通道的增強EDMA控制器，多通道音頻串行端口(McASP)，64 bit的外部存儲單元接口EMIF，66 MHz 32-bit，3.3 V的PCI主／從接口，10 Mb／s／100 Mb／s以太網(wǎng)口(EMAC)及通用I／O端口(GPIO)等外圍接口；

專(zhuān)用緩存，能夠加快數據存儲及運算速度。TMS320DM64采用二級高速緩存的Cache結構，一級程序和數據緩存為16 KB，二級緩存為256 KB，其CPU內核基于C64X的CPU。

因此，TMS320DM642的處理速度高，外圍接口豐富，并具有專(zhuān)用的視頻口。與其他同性能產(chǎn)品相比，TMS320DM642性?xún)r(jià)比高，無(wú)論從產(chǎn)品性能還是經(jīng)濟效益上考慮，TMS320DM642都是圖像處理系統的理想選擇。

3 系統設計

3.1硬件設計

系統硬件結構框圖如圖1所示。系統工作過(guò)程是：視頻輸入設備攝像機輸入的圖像數據經(jīng)視頻解碼器解碼后傳輸至TMS320DM642，TMS320DM642存儲、處理采集到的數據，并將處理后的數據送至視頻編碼器，視頻編碼器對其編碼后再送至視頻輸出設備監視器。

3.2視頻輸入設計

采集視頻輸人設備(攝像機)圖像采用專(zhuān)門(mén)的視頻解碼器，視頻解碼器實(shí)現圖像采集驅動(dòng)，簡(jiǎn)化了設計，節省設計時(shí)間縮短設計周期。視頻解碼器采用Phillips公司的SAA7115。

TMS320DM6412數據采集驅動(dòng)程序通過(guò)IOM器件驅動(dòng)模式進(jìn)行設計。如圖2所示驅動(dòng)器的設計分為Class Driver與Mini-Driver兩個(gè)層面，利用FVID模塊設計Class Driver，提供獨立和通用的API設置以及Mini-Driver的多種服務(wù)。為了使代碼重復利用率達到最高，Mini-Driver分為通用部分和面向不同電路板的個(gè)體部分設計，前者利用EDMAs與視頻口進(jìn)行數據傳輸，后者又稱(chēng)為EDC(External DeviceControl)接口設計，是針對不同電路板設置視頻解碼器，包括視頻編碼器的初始化及其配置等。采用此方式設計TMS320DM642視頻輸入驅動(dòng)時(shí)，需配置DSP／BIOS參數：正確配置Input／Output下DeviceDrivers中的User-DefinedDrivers項，包括Init function、Function table ptr、Function table type、Deviceid、Device params ptr、Device global data ptr等參數。DSP／BIOS各參數配置完成后，DSP程序包含vport.h、vportcap.h、saa7115.h，并對SAA7115初始化及其配置，視頻數據輸入直接調用器件支持的API函數，即可完成視頻輸入驅動(dòng)設計。

3.3視頻輸出設計 視頻輸出的編碼器采用Phillips公司SAA7105。SAA7105與SAA7115是配套使用的一對器件。圖3是視頻輸出驅動(dòng)框圖，在顯示操作期間。數據從存儲器加載到幀緩沖器中，然后通過(guò)EDMA傳輸給視頻端口FIFO，視頻端口再將數據傳輸至視頻編碼器進(jìn)行顯示。EDMA中斷在每幀數據從存儲加載完成后觸發(fā)，此中斷用于管理幀緩沖器和EDMA重新加載更新數據。

視頻輸出驅動(dòng)設計與視頻輸入驅動(dòng)設計類(lèi)似，DSP／BIOS中各參數配置完成后，DSP程序中包含vport.h，vportdis.h，saa7105.h，并對SAA7105進(jìn)行初始化以及配置，視頻數據輸出直接調用器件支持的API函數，即可完成視頻輸出驅動(dòng)設計。

3.4數據處理設計

數據處理設計分為兩步，第一步確定算法，第二步將確定好的算法用DSP程序代碼實(shí)現。確定算法利用功能強大且容易使用的Matlab軟件實(shí)現，在Matlab環(huán)境中設計算法并對其仿真，仿真結果正確后即可確定算法。DSP代碼按照圖4所示的C6000系列代碼開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行設計。代碼開(kāi)發(fā)流程分為三個(gè)階段：第一階段產(chǎn)生C代碼，第二階段優(yōu)化C代碼，第三階段編寫(xiě)將C代碼轉換為線(xiàn)性匯編或匯編代碼并對其優(yōu)化，直到程序代碼滿(mǎn)足要求。

整個(gè)設計中代碼的優(yōu)化是核心，只有通過(guò)優(yōu)化代碼的效率才能保證滿(mǎn)足既定的要求。代碼優(yōu)化的步驟及方法：

1)CCS編程環(huán)境中設置編譯優(yōu)化級別為-o3，并按照C代碼的優(yōu)化法則對代碼做一些手動(dòng)的初步優(yōu)化。

2)經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的C代碼效率不能達到要求時(shí)將C代碼轉換為線(xiàn)性匯編代碼讓編譯器作進(jìn)一步優(yōu)化。

3)如果還不能達到要求，則將線(xiàn)性匯編代碼轉換為匯編代碼，并且手動(dòng)調整代碼順序，改變代碼的并行及流水能力，如此通過(guò)不斷地對代碼的調整，使代碼的執行效率達到要求。

4 應用實(shí)例

利用TMS320DM642EVM硬件平臺對PAL格式的圖像進(jìn)行旋轉處理，算法設計時(shí)插值算法采用最近臨插值算法。整個(gè)軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，程序運行結果不理想，圖像有明顯的停滯現象。將耗時(shí)最多的旋轉算法代碼部分轉換成匯編代碼，并對其優(yōu)化，重新調整代碼次序，增加代碼的并行及流水能力，代碼執行效率大大提高，程序運行流暢無(wú)滯留，運行速度滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求。

5 結束語(yǔ)

TMS320DM642提供的專(zhuān)用視頻端口通過(guò)EDMAs傳輸數據使視頻的獲取及輸出非常簡(jiǎn)單；同時(shí)TMS320DM642支持的視頻驅動(dòng)設計模式大大簡(jiǎn)化視頻輸入輸出驅動(dòng)設計的工作量，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)圖像處理系統的設計，節省了設計時(shí)間，從而保證了系統設計的高效性。基于TMS320DM642的圖像處理系統設計簡(jiǎn)單，設計周期短，是圖像處理系統較為理想的選擇。