基于TMS320C32的嵌入式RTOS視頻網(wǎng)絡(luò )檢測系統

摘要：介紹了基于DSP芯片TMS320C32圖像處理平臺的網(wǎng)絡(luò )測試系統，給出了使用專(zhuān)用視頻輸入處理芯片SAA711和CPLD實(shí)現高速連續視頻幀采集的設計思路。同時(shí)給出了該系統在嵌入式系統中基于PPP協(xié)議的Internet的連接方法。

關(guān)鍵詞：PCI總線(xiàn)；PPP協(xié)議；DSP；VxWorks操作系統；嵌入式

在遠程測控系統中，嵌入式系統由于其穩定性和實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)于傳統平臺而得到迅速發(fā)展。本文提出了一種以ＤＳＰ芯片和ＶｘＷｏｒｋｓ為操作系統的新型嵌入式系統設計方法。

１　測試系統工作原理

圖１所示的測試系統的主要任務(wù)是采用ＤＳＰ芯片處理通過(guò)攝像頭拍攝并經(jīng)過(guò)Ａ／Ｄ轉換的圖像。整個(gè)系統由視頻解碼器、ＤＳＰ和ＰＣＩ總線(xiàn)專(zhuān)用芯片組成。系統通過(guò)ＰＣＩ總線(xiàn)同通信平臺交換數據，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行檢測控制，圖１所示是其系統框圖。

２　關(guān)鍵設計及器件選擇

本系統設計的關(guān)鍵是視頻處理卡的設計，一般的視頻檢測卡功能有限，不能滿(mǎn)足本項目的需求，為此，筆者自行設計了一塊視頻檢測卡。其結構框圖如圖２所示。

２．１ ＴＭＳ３２０Ｃ３２的功能特點(diǎn)

本測試系統中的ＤＳＰ芯片選用Ｔ Ｉ公司的Ｔ Ｍ Ｓ ３ ２ ０ Ｃ ３ ｘ系列產(chǎn)品，該器件的工作頻率為４０ＭＨｚ；采用哈佛總線(xiàn)結構。并且擁有獨特的指令系統和硬件乘加運算；外帶２５６ｋ３２Ｂｉｔ的ＦＬＡＳＨ、２ｋ８Ｂｉｔ的ＮＶＲＡＭ和２５６ｋ３２Ｂｉｔ的ＳＲＡＭ。該芯片是在ＴＭＳ３２０Ｃ３０的基礎上簡(jiǎn)化而來(lái)的，含有ＴＭＳ３２０Ｃ３０的ＣＰＵ內核。

ＴＭＳ３２０Ｃ３２的主要功能如下：

●帶有程序引導功能；

●串行接口傳輸和存儲器均可支持８、１６、３２位的數據；

●可產(chǎn)生邊沿中斷和電平中斷；

●可由用戶(hù)編程設定中斷向量表地址；

● 具有空等待和低功耗兩種電源管理方式；

●具有兩個(gè)ＤＭＡ通道；

●功能強大的外部存儲器接口既可以滿(mǎn)足視頻解碼接口８位數據的要求，又可以實(shí)現ＰＣＩ接口３２位數據的高速數據傳輸；

●靈活的程序加載可實(shí)現在系統編程；

一般情況下，Ｓ５９３３和ＤＳＰ之間的硬件連接就是利用ＤＳＰ的讀寫(xiě)信號Ｒ／ Ｗ、地址選通控制信號ＩＯＳＴＲＢ、外部設備就緒信號ＲＤＹ和部分地址信號以及Ｓ５９３３的ＦＩＦＯ狀態(tài)信號ＷＲＦＵＬＬ來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的時(shí)序和邏輯組合，從而生成對Ｓ５９３３外加總線(xiàn)接口的讀寫(xiě)控制信號。

２．２ 其它器件的選擇

本系統中的ＣＰＬＤ芯片選用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＥＰＭ９３２０ＲＣ２０８。兩組幀存儲器Ａ和Ｂ采用ＣＹＰＲＥＳＳ公司生產(chǎn)的兩塊ＣＹ７Ｃ１０４９芯片，該芯片的容量為５１２ｋ８ｂｉｔ，存取時(shí)間不超過(guò)１５ｎｓ，能滿(mǎn)足圖像實(shí)時(shí)采集要求。通過(guò)ＣＰＬＤ內部的一個(gè)乒乓開(kāi)關(guān)控制模塊可自動(dòng)完成幀間讀寫(xiě)兩個(gè)通道接口的切換。而ＤＳＰ和ＳＡＡ７１１３之間的所有控制信號接口邏輯和時(shí)序轉換都由ＣＰＬＤ來(lái)完成，并可編程修改，因而提高了系統的使用靈活性和可靠性。圖３所示是ＥＰＭ９３２０ＲＣ２０８與ＣＹ７Ｃ１０４９的接口控制邏輯框圖。

ＰＣＩ總線(xiàn)專(zhuān)用接口芯片Ｓ５９３３是一種功能強大且使用靈活的ＰＣＩ總線(xiàn)控制器專(zhuān)用芯片，該芯片符合ＰＣＩ局部總線(xiàn)規范２．１版本，它既可作為ＰＣＩ總線(xiàn)目標設備來(lái)實(shí)現基本的傳送；也可作為ＰＣＩ總線(xiàn)主控設備訪(fǎng)問(wèn)其它ＰＣＩ總線(xiàn)設備。Ｓ５９３３的峰值傳送速率為１３２Ｍｂｐｓ?３２位ＰＣＩ數據線(xiàn)?。該器件提供有３個(gè)物理總線(xiàn)接口：ＰＣＩ總線(xiàn)接口、外加總線(xiàn)接口（ＡＤＤ－ＯＮ ＢＵＳ）以及可選的ＮＶ存儲器接口。

ＳＡＡ７１１３的作用是實(shí)現模擬圖像的Ａ／Ｄ轉換。ＤＳＰ與ＳＡＡ７１１３之間的硬件接口的控制邏輯包括兩個(gè)子模塊：幀圖像寫(xiě)入控制器和乒乓開(kāi)關(guān)，這兩種功能可由一塊ＣＰＬＤ來(lái)完成。

在視頻卡設計中，電源模塊的設計也非常關(guān)鍵，它直接影響著(zhù)視頻卡的最后實(shí)現和穩定運行。

本監控系統采用ＴＩ公司的ＴＰＳ３３０７－３３Ｄ來(lái)作為電源檢測ＩＣ。該器件的Ｒｅｓｅｔ有效電源復位電壓值定義為ＶＤＤ＝１．１Ｖ。ＴＰＳ３３０７－３３Ｄ可同時(shí)監視兩種獨立電壓，還可控制另外一種電壓，這種電壓可以獨立調整并在內部與復位邏輯電路相連。

３　通信平臺的嵌入式系統設計

本設計的軟件系統包括底層軟件和系統軟件兩部分，其中底層軟件主要是ＤＳＰ圖像處理算法以及啟動(dòng)等運行程序，這些程序可在ＣＣＳ環(huán)境下由Ｃ語(yǔ)言編寫(xiě)并進(jìn)行匯編優(yōu)化，ＣＣＳ是ＴＩ公司發(fā)布的ＤＳＰ軟件運行環(huán)境；

在系統軟件方面，基于ＰＣＩ總線(xiàn)的圖像處理系統所面臨的難點(diǎn)頗多，其中難度最大的是ＰＣＩ驅動(dòng)問(wèn)題。

３．１ 系統軟件的設計

系統軟件可以選用以ＶｘＷｏｒｋｓ為操作系統的嵌入式設計方法。

ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統的集成環(huán)境叫Ｔｏｒｎａｄｏ。Ｔｏｒ-ｎａｄｏ集成環(huán)境是一個(gè)高效明晰的圖形化實(shí)時(shí)應用開(kāi)發(fā)平臺，它包括一套完整的、面向嵌入式系統的開(kāi)發(fā)和調測工具。ＶｘＷｏｒｋｓ的優(yōu)點(diǎn)如下：

（１）具有較好的可裁減性；

（２）支持應用程序的動(dòng)態(tài)鏈接和動(dòng)態(tài)下載；

（３）具有較好的兼容性；

（４）具有很高的可靠性和穩定性；

（５）具有很好的實(shí)時(shí)性；

ＶｘＷｏｒｋｓ的多任務(wù)機制對任務(wù)的控制采用優(yōu)先級搶占和輪轉調度機制，從而充分保證了實(shí)時(shí)性，并可用同樣的硬件配置滿(mǎn)足更強的實(shí)時(shí)性要求，以便為應用開(kāi)發(fā)留下更大的余地。

ＰＣＩ設備有三種物理存儲空間：配置空間、存儲器空間和Ｉ／Ｏ空間。其中配置空間是長(cháng)度為２５６字節的一段連續空間，空間定義如圖４所示，在配置空間中，只讀空間包括設備標識、供應商代碼、修改版本、分類(lèi)代碼以及頭標類(lèi)型。其中供應商代碼用來(lái)標識設備供應商的代碼；設備標識用來(lái)標識某一特殊的設備；修改版本標識設備的版本號；分類(lèi)代碼用來(lái)標識設備的種類(lèi)；而頭標類(lèi)型用來(lái)標識頭類(lèi)型以及是否為多功能設備。除供應商代碼之外，其他字段的值可由供應商分配。

基地址寄存器最重要的功能是分配ＰＣＩ設備的系統地址空間。在基地址寄存器中，ｂｉｔ０（最低位）可用來(lái)標識到底是存儲器空間還是Ｉ／Ｏ地址空間?；刂芳拇嫫饔成涞酱鎯ζ骺臻g時(shí)，ｂｉｔ０為“０”，而當其映射到Ｉ／Ｏ地址空間時(shí)，ｂｉｔ０為“１”。

在驅動(dòng)ＰＣＩ設備時(shí)，首先是ＰＣＩ設備的查找。嵌入式操作系統一般都提供有相應的ＡＰＩ函數查找。而在ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統中，通過(guò)函數ｐｃｉＦｉｎｄＤｅｖｉｃｅ?ＰＣＩ＿ＶＥＮＤＯＲ＿ＩＤ?ＰＣＩ＿ＤＥＶＩＣＥ?ｉｎｄｅｘ? ＆ｐｃｉＢｕｓ? ＆ｐｃｉＤｅｖｉｃｅ，＆ｐｃｉＦｕｎｃ＿可以找到供應商代碼為ＰＣＩ＿ＶＥＮＤＯＲ＿ＩＤ、設備標識為ＰＣＩ＿ＤＥＶＩＣＥ的第ｎ（ｉｎｄｅｘ＋１）個(gè)設備，并且返回總線(xiàn)號、設備號以及功能號，然后分別保存于＆ｐｃｉＢｕｓ、＆ｐｃｉＤｅｖｉｃｅ、＆ｐｃｉ-Ｆｕｎｃ中。

其次是ＰＣＩ設備的配置。通過(guò)操作系統提供的ＡＰＩ函數可以訪(fǎng)問(wèn)ＰＣＩ設備的配置空間，從而完成ＰＣＩ設備基址寄存器的配置、中斷配置、以及ＲＯＭ基地址寄存器的配置，最終得到ＰＣＩ存儲器空間和Ｉ／Ｏ地址空間的映射以及設備中斷號等。在ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統中，訪(fǎng)問(wèn)ＰＣＩ設備配置空間的ＡＰＩ函數有：ｐｃｉＣｏｎｆｉｇＯｕｔＬｏｎｇ和ｐｃｉＣｏｎｆｉｇＩｎＬｏｎｇ等，它們可分別完成對ＰＣＩ設備配置空間的讀寫(xiě)操作。

然后是根據ＰＣＩ設備的配置參數來(lái)編寫(xiě)不同設備的初始化程序、中斷服務(wù)程序以及對ＰＣＩ設備存儲空間的訪(fǎng)問(wèn)程序。

３．２ 遠程控制與通信鏈路

由于基于串行口的ＰＰＰ協(xié)通信方式現已被各種ＩＳＰ所接受。而且ＶｘＷｏｒｋｓ系統也支持ＰＰＰ協(xié)議，因此，在ＶｘＷｏｒｋｓ下通過(guò)Ｍｏｄｅｍ建立與ＩＳＰ的物理連接，然后再完成設備的ＰＰＰ數據鏈路設置，就可以通過(guò)Ｉｎｔｅｒｎｅｔ實(shí)現遠程控制。

４　結束語(yǔ)

圖像采集系統的關(guān)鍵是如何對大容量的信息進(jìn)行暫存、壓縮、傳輸和處理。本系統可以很好地解決這ｎ個(gè)難題。在圖像信息暫存方面充分利用ＤＳＰ存儲空間的可擴展性，可保證系統暫存信息量的足夠大；而信息壓縮則是ＤＳＰ最擅長(cháng)做的事情，ＤＳＰ可以在很短的時(shí)間內完成大量的信息壓縮工作；ＰＣＩ總線(xiàn)的引入可保證信息在足夠的帶寬下進(jìn)行快速傳輸。而采用嵌入式ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統又使得系統具有良好的靈活性和適應性，同時(shí)也大大降低了系統成本。