采用MPC5200實(shí)現高速視頻探測的車(chē)內應用(圖)

摘 要：提出了艦載軍用加固機散熱設計的解決方案，該方案具有設計簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：軍用加固計算機；自然散熱；強迫風(fēng)冷；熱設計
 ---汽車(chē)廠(chǎng)商正越來(lái)越多地通過(guò)對車(chē)內和車(chē)外捕捉到的高速視頻影像進(jìn)行處理，來(lái)提高汽車(chē)的安全性。舉例來(lái)說(shuō)，安裝在車(chē)內的攝像機可用于確定乘客在車(chē)內的位置，從而以最佳方式配置氣囊并避免乘客受到傷害。安裝在車(chē)內不同位置的攝像機還可以用于車(chē)道偏離監測、碰撞前警示、避免碰撞、后倒車(chē)燈警示和車(chē)距計算等。這些應用中有很多需要以非常高的速率來(lái)捕捉視頻影像。相應地，視頻影像必須通過(guò)實(shí)時(shí)的復雜算法進(jìn)行處理，從而為車(chē)內的安全控制系統提供反饋。這是一項非常重要的任務(wù)，它可以避免發(fā)生碰撞，或在車(chē)輛發(fā)生碰撞的瞬間決定車(chē)內乘客的位置。而且，該項技術(shù)要要求司機側的引擎絕熱板必須能承受最高85℃的高溫，而在車(chē)內的其他部位則需要承受最高達105℃的高溫。
---當前，汽車(chē)廠(chǎng)商們面臨的挑戰是擁有一種經(jīng)濟高效的技術(shù)：強大的處理能力、豐富的接口、良好的環(huán)境適應性和低功率運行。來(lái)自于飛思卡爾半導體公司的mpc5200高性能嵌入式處理器能滿(mǎn)足所有這些設計要求，其結構如圖1所示。
---mpc5200集成了一個(gè)高性能的mpc603e核心，該核心在400mhz的工作頻率和-40～85℃的溫度范圍內，可達到760mips的處理能力。高性能、雙倍精度的浮點(diǎn)單元(fpu)可加快與其他關(guān)鍵任務(wù)平行的復雜數學(xué)運算的速度，可運行在105℃條件下的型號還可用于司機座位以外可能需要更高溫度級別的地方。
---在fpu的幫助下，mpc5200處理能力可為大多數視頻探測算法提供足夠的支持。集成的pci接口則為cmos圖像傳感器提供標準化的高速接口，cmos圖像傳感器能以每秒80至100幀的速率將圖像數據傳輸到mpc5200中，具體視pci時(shí)鐘和照片的分辨率而定。
---bestcomm智能dma控制器能加快攝像機數據傳輸到內存中進(jìn)行處理的速度，從而最大程度地減輕mpc603e主處理器核心上的負荷，使其可以解放出來(lái)，處理視頻探測算法等任務(wù)。此外，bestcomm控制器的使用還可以降低主核心上的總體中斷負荷，繼而加速總體吞吐量。集成的can和j1850控制器，再加上外置most(面向媒體的系統傳輸)的支持，為汽車(chē)安全系統的剩余部分提供了經(jīng)濟高效的集成，并降低了與這些網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信的延遲。
---下面介紹如何通過(guò)pci接口，為mpc5200設計一個(gè)基本的高速攝像機接口電路。在本例中，使用了飛思卡爾mcm20014 cmos傳感器，但其他傳感器可以使用幾乎完全相同的接口機制。該接口非常明了，而且只需較少的接口邏輯就能完成連接。  


使用mpc5200的時(shí)鐘假設
---最可能的xlb釋放目標頻率為132mhz；ipbus為66mhz；pciclk(外部總線(xiàn)時(shí)鐘)為66mhz；xtal的預期輸入頻率為33mhz。對于本應用，最大的pci頻率為33mhz。
---xlb與ipbus、ipbus與pciclk間的時(shí)鐘比可能為4:1、2:1或1:1。在xlb為132mhz時(shí)，ipbus必須設置為4:1或2:1(分別適用于33mhz或66mhz的ipbus)。根據ipbus 的情況(33mhz、16.5mhz與33mhz ipbus一起工作；或33mhz與66mhz ipbus一起工作)，pciclk可能支持1:1的比率，也可能支持2:1的比率。在處理器端，可能使用一個(gè)66mhz的pciclk ，但市場(chǎng)上的圖像傳感器還未達到該速度。
---如果要求50%的負載循環(huán)，生成hclk的pwm輸出值只能是ipbus時(shí)鐘的偶整數商。
---下面介紹幾種可能的時(shí)鐘關(guān)系。
---xtal：27mhz，xlb：108mhz，ipb：54mhz，pci：27mhz，hclk：13.5mhz(來(lái)自ipbus時(shí)鐘的4/1比率的pwm)
---xtal：33 mhz，xlb：132mhz，ipb：66mhz，pci：33mhz，hclk：8.25mhz(來(lái)自ipbus時(shí)鐘的8/1比率的pwm)
---xtal輸入可以變化，以產(chǎn)生不同的運行頻率，但是8.25 mhz的hclk應該適用于攝像機，而且它還在dma時(shí)鐘和傳感器數據速率(pciclk到hclk)之間提供4:1的差異。這對可能發(fā)生的潛在帶寬問(wèn)題有所幫助。
---解決方法是在傳感器數據總線(xiàn)和pci數據總線(xiàn)之間提供接口邏輯。mpc5200的接口邏輯非常簡(jiǎn)單，但還是有一些必須認真考慮的系統應用問(wèn)題。其中一個(gè)值得注意的事項就是，是否將pci總線(xiàn)用于攝像機數據傳輸以外的其他用途。如果需要與其他設備共享pci總線(xiàn)，接口邏輯就必須與其他pci目標共存，這就要求有額外的電路。如果不需要與其他任何設備共享pci總線(xiàn)，接口邏輯就可以認為任何pci處理都是針對它的，這樣邏輯就變得非常簡(jiǎn)單。
---圖2是mpc5200與接口芯片和cmos傳感器的連接圖，顯示了連接到必需的接口邏輯或直接連接到傳感器的mpc520 pci信號。圖2中的粗線(xiàn)表示三態(tài)的情形?？偩€(xiàn)需要外部上拉電阻，這樣在其輸入值中，接口邏輯就會(huì )出現一個(gè)邏輯數字“1”。

---傳感器在其幀有效時(shí)段中顯示：傳感器上有一幀正準備進(jìn)行傳輸。該信號將通過(guò)irq線(xiàn)連接到mpc5200，幀傳輸需要由mpc5200 pci控制器驅動(dòng)，信號時(shí)序如圖3所示，具體步驟如下。

● mpc5200 pci使frame_b輸出低電平，以開(kāi)始進(jìn)行處理。ad線(xiàn)由mpc5200通過(guò)地址信息進(jìn)行驅動(dòng)。接口邏輯可以忽略這一階段。
● mpc5200 pci 使irdy_b輸出低電平，以啟動(dòng)數據階段。ad線(xiàn)仍然由mpc5200推動(dòng)，直到目標(接口邏輯)判斷devsel_b“要求”該處理。
● 只要目標保持trdy_b處于高狀態(tài)，mpc5200 pci就能使ad總線(xiàn)處于三態(tài)之一(tri-state)，并保持在等待狀態(tài)。
● 在任何剛出現的pciclk邊緣，其中trdy_b被探測為低，pci就會(huì )捕捉到數據并認為要傳輸一個(gè)數據拍。
● 在完成了下一個(gè)到最后一個(gè)數據拍后，mpc5200 pci使frame_b輸出低電平，這表示正在請求最后一個(gè)數據拍。
● 當目標傳輸完最后一個(gè)數據拍(以trdy_b變低為標志)后，mpc5200 pci使irdy_b輸出低電平，處理完畢。
● 還有其他一些信號與pci處理有關(guān)，但它們用于pci傳輸錯誤的情況中，在本應用中不作要求。
---如果hclk與pciclk的比率為2:1，則pciclk與接口邏輯的連接就沒(méi)有必要。如果pciclk與hclk的比率為4:1的話(huà)(人們更期望這樣)，需要一個(gè)觸發(fā)器來(lái)延遲和縮短pci信號trdy_b的持續時(shí)間。
---當兼容3.3伏的cmos攝像機傳感器三態(tài)其數據總線(xiàn)時(shí)，傳感器的數據線(xiàn)路就與pci ad總線(xiàn)進(jìn)行直接、有效的連接。否則，在這一設計中需要數據轉發(fā)器。在對傳感器的linevalid信號進(jìn)行判斷時(shí)，該傳感器只應該驅動(dòng)數據線(xiàn)路。圖4是27mhz的pciclk與13.5mhz(或相似頻率)hclk的2:1邏輯關(guān)系圖。

---只有在沒(méi)有其他真正的pci目標設備連接到pci接口上時(shí)，該示例接口才發(fā)揮作用。否則，某些支持的類(lèi)型需要通知接口邏輯響應即將到來(lái)的pci處理。
---33mhz的pciclk和8.25mhz(或相似頻率)的hclk的2:1邏輯關(guān)系如圖5所示。

● 在2:1的情況中，當hclk低時(shí)，傳感器數據有效，并隨hclk的再次出現而作為下一個(gè)數據拍，下一個(gè)出現的pciclk邊緣就會(huì )捕捉數據。
---pci處理必須在linevalid判斷之前進(jìn)行。pci處理在linevalid變高時(shí)，一直由trdy_b保持等待狀態(tài)。由于5200的使能信號要求拒絕幾次循環(huán)，在pci處理結束時(shí)可能還需要額外的電路來(lái)關(guān)閉此電路。在這一過(guò)程中，人們可能會(huì )要求進(jìn)行非攝像機的pci處理(該接口邏輯絕不能響應)。
● 由于hclk源自mpc5200 pwm，hclk處理發(fā)生在pciclk邊緣后(根據設計，pciclk應提前到達總線(xiàn))。
● 當hclk下降時(shí)，trdy_b的判斷要延遲一個(gè)pciclk。
● 當hclk升高時(shí)，trdy_b也立刻升高。
● 在pciclk邊緣創(chuàng )建了pci數據拍捕捉，然后，pciclk邊緣再創(chuàng )建不斷上升的hclk，因為像素在不斷增加。
---控制傳感器數據讀取的bestcomm任務(wù)非常靈活，能根據傳感器的大小進(jìn)行調節。在基于飛思卡爾cmos傳感器的本例中，傳感器的分辨率為640