基于USB 2．0的便攜式紅外目標跟蹤系統設計與實(shí)現

USB微控制器是實(shí)現USB通信的核心，同時(shí)也是系統的內部通信中心。USB微控制器不僅要負責實(shí)時(shí)信息處理機與主機USB通信，同時(shí)還要負責與伺服轉臺、熱像儀、預留擴展接口等的通信。為了實(shí)現穩定閉環(huán)跟蹤，實(shí)時(shí)信息處理機處理結果中包含的目標脫靶量必須以50 f/s的速率實(shí)時(shí)地傳送給伺服轉臺，此傳輸不能受主控計算機與實(shí)時(shí)信息處理機USB通信的影響。由于windows操作系統本身多進(jìn)程與USB傳輸的主從式工作原理，主控計算機之間的USB傳輸常被其他進(jìn)程打斷，導致USB傳輸速率下降，無(wú)法保證當前圖像與目標信息以50 f／s的恒定速率實(shí)時(shí)傳輸給主控計算機顯示。本系統中USB微控制器利用內部集成的強型805l內核通過(guò)對其可編程接口控制邏輯的合理設計和芯片內部F1FO的有效運用，根據本系統各種數據傳輸對時(shí)間、速率和可靠性的不同要求靈活運用控制傳輸、中斷傳輸和批量傳輸，保證上述各種通信過(guò)程互不影響，有效地保證伺服轉臺的閉環(huán)跟蹤性能。其固件程序流程圖如圖2所示。

　　2．2 USB驅動(dòng)程序設計

　　USB總線(xiàn)的驅動(dòng)程序是運行在便攜式計算機上并實(shí)現對其內嵌的LISB控制器進(jìn)行控制，USB總線(xiàn)的驅動(dòng)程序由USB主機控制器驅動(dòng)，USB協(xié)議棧(包括總線(xiàn)管理、設備管理、多主機控制器管理等工作)，USB設備驅動(dòng)程序(實(shí)現對特定類(lèi)設備的配置管理、數據傳輸管理)3部分組成。Microsoft提供的一組驅動(dòng)程序占據了系統軟件的底部。這些驅動(dòng)程序包括主控制器驅動(dòng)程序(OPENHCI．SYS或者UHCD．SYS)、HUB驅動(dòng)程序(USBHUB．SYS)和一個(gè)類(lèi)驅動(dòng)程序(USBD．SYS)，由控制器驅動(dòng)程序使用。把USBD下面的所有驅動(dòng)程序看成一個(gè)整體，本系統設計的設備驅動(dòng)程序主要與這個(gè)整體進(jìn)行交互，占據系統軟件的頂部，管理著(zhù)硬件連接和管道通信。設備驅動(dòng)程序的工作就是把客戶(hù)軟件的請求翻譯成USBD能執行的事務(wù)。

　　本系統的驅動(dòng)程序的功能就是在固件程序的配合下完成USB控制、數據傳輸、電源管理和固件加載。具體而言，設備功能驅動(dòng)程序需要完成的工作分別為：初始化；創(chuàng )建和刪除設備；處理win32打開(kāi)和關(guān)閉文件句柄的請求；處理控制傳輸的請求；處理中斷傳輸的請求；處理批量傳輸的請求；固件加載；處理一個(gè)可熱插拔設備被添加或刪除的情況；處理電源管理的請求。

3 實(shí)時(shí)信息處理機硬件設計

　　實(shí)時(shí)信息處理機是紅外自動(dòng)目標檢測跟蹤系統的關(guān)鍵部分，他實(shí)現對紅外熱像儀數據的獲取，對圖像中的目標進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并將目標信息如脫靶量等傳遞給伺服控制系統及外部擴展接口。同時(shí)，該分系統還負責熱像儀、伺服控制分系統、主控計算機及擴展接口之間的通信。 熱像儀圖像大小為320×256，幀頻為50幀／s，通過(guò)對目標檢測跟蹤算法的分析可知：其數據量大且圖像處理算法運算量大，而系統對實(shí)時(shí)性的要求高。以上這些特點(diǎn)對硬件平臺的設計提出了很高的要求。國內一些同行在實(shí)時(shí)圖像處理機的設計中采用了DSP陣列結構［3.4］，用多塊

　　DSP協(xié)同工作來(lái)提高處理機的實(shí)時(shí)處理能力。由于本文設計的便攜式紅外目標自動(dòng)檢測與跟蹤系統實(shí)時(shí)信息處理機的體積和功耗受到嚴格限制，在對各方面因素進(jìn)行綜合考慮的基礎上，結合處理算法的動(dòng)態(tài)可變和可重構特點(diǎn)，根據目標信息處理的基本流程設計了基于單片DSP+FPGA的實(shí)時(shí)信息處理機硬件平臺，發(fā)揮DSP和FPGA各自的優(yōu)勢，合理劃分處理任務(wù)，使得效率和靈活性得到充分提高。其結構框圖如圖3所示：

　　其結構框圖如圖3所示：