基于DSP的視頻檢測和遠程控制系統設計

隨著(zhù)計算機視覺(jué)技術(shù)以及圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機視覺(jué)和視頻檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)控制、智能交通、設備制造等很多領(lǐng)域。傳統的視頻檢測往往采用工控機作為其視頻處理器來(lái)實(shí)現其功能。這種方法往往由于工控機處理速度的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現對各個(gè)不同方向同時(shí)進(jìn)行視頻檢測，而且由于視頻檢測處理過(guò)程需要占用大量的處理時(shí)間，因而無(wú)法實(shí)現實(shí)時(shí)的遠程控制功能。

目前在遠程控制和通信方面，基于DOS和Windows操作系統的通信平臺得到普遍的引用，但是DOS操作系統作為單任務(wù)操作系統，無(wú)法實(shí)現多任務(wù)功能和實(shí)時(shí)處理的要求；而Windows操作系統作為視窗操作系統，其系統的穩定性和實(shí)時(shí)性也無(wú)法與實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作相比擬。

本文提出一種以DSP作為視頻檢測處理芯片，以L(fǎng)inux為操作系統的嵌入式系統設計方法。

1 系統結構

本系統的開(kāi)發(fā)主要包括視頻檢測卡和x86通信平臺的設計2個(gè)部分。視頻檢測卡主要包括模擬圖像采集、轉換、DSP視頻檢測3個(gè)部分，每塊交換參數檢測卡擴充PCI總線(xiàn)接口，插在通信開(kāi)發(fā)平臺的PCI總線(xiàn)插口上，通過(guò)PCI總線(xiàn)同通信平臺交換數據。通信平臺處理多塊交通 參數檢測卡的通信問(wèn)題，將視頻檢測卡通過(guò)PCI總線(xiàn)傳送過(guò)來(lái)的視頻檢測數據實(shí)時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送給控制中心。系統的功能方框圖如圖1所示。

根據系統設計要求，視頻檢測卡功能主要分為：模擬圖像采集、模擬圖像A/D轉換、數據緩存以及DSP視頻檢測5個(gè)部分。視頻檢測卡流程如圖2所示。

本系統采用PhilIPs公司的SAA7111A來(lái)實(shí)現模擬圖像A/D轉換。該芯片可實(shí)現多路選通、鎖相與時(shí)序、時(shí)鐘產(chǎn)生與測試、ADC、亮色分離等功能。其輸出可以具有如下格式：YUV 4：1：1（12bit）、YUV 4：2：2（16bit）、YUV 4：2：2(CCIR-656)（8bit）等。由于DSP處理芯片和SA7111A的時(shí)序不同，可以通過(guò)CPLD進(jìn)行邏輯控制FIFO來(lái)完成數據緩存的功能。

DSP是實(shí)時(shí)信號處理的核心。本系統采用TI公司DSP芯片——TMS320C6211。該芯片屬C6000的定點(diǎn)系列，C6211在這個(gè)系列中是性?xún)r(jià)比最高的一種。C6211處理器由3個(gè)主要部分組成：CPU內核、存儲器和外設。集成外設包括EDMA控制器、外存儲器接口（EMIF）、主機口（HPI）、多通道緩沖接口（McBSP）、定時(shí)器、中斷選擇子、JTAG接口、PowerDown邏輯以及PLL時(shí)鐘發(fā)生器。通過(guò)EMIF接口擴充SDRAM，而PCI總線(xiàn)控制芯片的擴展通過(guò)HPI接口。

PCI總線(xiàn)的接口芯片PCI9050，主要包括PCI總線(xiàn)信號接口和本地總線(xiàn)（LOCAL BUS）信號。在硬件設計時(shí)，只需將本地總線(xiàn)信號的接口通過(guò)電平轉換連接到DSP的HPI接口，同時(shí)擴展PCI接口就可以完成其硬件電路設計。

2 通信開(kāi)發(fā)平臺的嵌入式系統設計

通信開(kāi)發(fā)平臺以x86為核心器件，擴充PCI總線(xiàn)，通過(guò)Modem撥號，實(shí)現x86與Internet的連接。

2.1 PCI總線(xiàn)設備驅動(dòng)

PCI設備有3種物理空間：配置空間、存儲器空間和I/O空間。配置空間是長(cháng)度為256字節的一段連接空間，空間的定義如圖3所示。在配置空間中只讀空間有設備標識、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)；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，其它字段的值由供應商分配。

命令字段寄存器用來(lái)提供設備響應的控制命令字；狀態(tài)字段用來(lái)記錄PCI總線(xiàn)相關(guān)事件。

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用來(lái)標識是存儲器空間還是I/O地址空間?；刂芳拇嫫饔成涞酱鎯ζ骺臻g時(shí)bit0為“0”，映射到I/O地址空間時(shí)bit0為“1”?；刂房臻g中其它一些內容用來(lái)表示PCI設備地址空間映射到系統空間的起始物理地址。地址空間大小通過(guò)向基地址寄存器寫(xiě)全“1”，然后讀取其基地址的值來(lái)得到。

PCI設備的驅動(dòng)過(guò)程主要包括下面幾個(gè)步驟。

首先，PCI設備的查找。在嵌入式操作系統中一般提供相應的API函數，在Linux操作系統中通過(guò)函數pcibios_find_device(PCI_VENDOR_ID,PCI_DEVICE,index,&bus,&devfn)可以找到供應商代碼為PCI-ID，設備標識為PCI-DEVICE的第n(index+1)個(gè)設備，并且返回總線(xiàn)號和功能號，分別保存于bus和devfn中。

第2步，PCI設備的配置。通過(guò)操作系統提供的API函數訪(fǎng)問(wèn)PCI設備的配置空間，配置PCI設備基址寄存器的配置、中斷配置、ROM基地址寄存器的配置等，這樣可以得到PCI的存儲器空間和I/O地址空閑映射，設備的中斷號等。在Linux操作系統中，訪(fǎng)問(wèn)PCI設備配置空間的API函數有pcibios_write_config_byte、pcibios_read_config_byte等，它們分別完成對PCI設備配置空間的讀寫(xiě)操作。

第3步，根據PCI設備的配置參數，對不同的設備編寫(xiě)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。

2.2 遠程控制與通信鏈路的建立

與Internet連接的數據鏈路方式主要有Ethernet方式和串行通信方式。Ethernet連接方式是一種局域網(wǎng)的連接方式，廣泛應用于本地計算機的連接。通過(guò)Modem進(jìn)行撥號連接的串行通信方式，可以實(shí)現遠距離的數據通信，下面詳細介紹串行通信接口協(xié)議方式。

串行通信協(xié)議有SLIP、CSLIP以及PPP通信協(xié)議。SLIP和CSLIP提供一種簡(jiǎn)單的通過(guò)串行通信實(shí)現IP數據報封裝方式，通過(guò)RS232串行接口和調試解調器接入Internet。但是這種簡(jiǎn)單的連接方式有很多缺陷，如每一端無(wú)法

PPP（Point to Point Protocal，點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議）修改了SLIP協(xié)議中的缺陷。PPP中包含3個(gè)部分：在串行鏈路上封裝IP數據報的方法；建立、配置及測試數據鏈路的鏈路控制協(xié)議（LCP）；不同網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )控制協(xié)議（NCP）。PPP相對于SLIP來(lái)說(shuō)具有很多優(yōu)勢；支持循環(huán)冗余檢測、支持通信雙方進(jìn)行IP地址動(dòng)態(tài)協(xié)商、對TCP和IP報文進(jìn)行壓縮、認證協(xié)議支持（CHAP和PAP）等。圖4為PPP數據幀的格式。

PPP的實(shí)現可以通過(guò)2個(gè)后臺任務(wù)來(lái)完成。協(xié)議控制任務(wù)和寫(xiě)任務(wù)。協(xié)議控制任務(wù)控制各種PPP的控制協(xié)議，包括LCP、NCP、CHAP和PAP。它用來(lái)處理連接的建立、連接方式的協(xié)商、連接用戶(hù)的認證以及連接中止。寫(xiě)任務(wù)用來(lái)控制PPP設備的數據發(fā)送。數據報的發(fā)送過(guò)程，就是通過(guò)寫(xiě)任務(wù)往串行接口設備寫(xiě)數據的過(guò)程，當有數據報準備就緒，PPP驅動(dòng)通過(guò)信號燈激活寫(xiě)任務(wù)，使之完成對串行接口設備的數據發(fā)送過(guò)程。PPP接收端程序通過(guò)在串行通信設備驅動(dòng)中加入“hook”程序來(lái)實(shí)現。在串行通信設備接收到1個(gè)數據之后，中行設備的中斷服務(wù)程序（ISR）調用PPP的ISR。當1個(gè)正確的PPP數據幀接收之后，PPP的ISR通過(guò)調度程序調用PPP輸入程序，然后PPP輸入程序從串行設備的數據緩存中將整個(gè)PPP數據幀讀出，根據PPP的數據幀規則進(jìn)行處理，也就是分別放入IP輸入隊列或者協(xié)議控制任務(wù)的輸入隊列。

PPP現在已經(jīng)廣泛為各種ISP（Internet Sever Provider）接受，而Linux操作系統下完全支持PPP協(xié)議。在Linux下網(wǎng)絡(luò )配置過(guò)程中，通過(guò)1個(gè)Modem建立與ISP的物理上的連接，然后在控制面板（Control Panel）里面選擇Netowrks Configuration。在接口（Interface）里面加入PPP設備，填入ISP電話(huà)號碼、用戶(hù)以及密碼，同時(shí)將本地IP和遠端IP設置為0.0.0.0，修改/ETC/PPP/OPTION，加上DEFAULTROUE，由ISP提供缺省路由，這樣就完成了設備的PPP數據鏈路設置過(guò)程，可以通過(guò)Internet實(shí)現遠程控制。

結束語(yǔ)

該設計方法已成功應用于智能交換系統的交通參數檢測系統中。在該系統中，采用4塊DSP視頻檢測卡實(shí)現4個(gè)不同路面區域的交通參數檢測，同時(shí)采用Linux作為通信平臺的操作系統；通過(guò)PPP協(xié)議建立與監控中心的連接，實(shí)現監控中心對各個(gè)視頻檢測卡的遠程控制。

本文提出的視頻檢測和遠程控制的嵌入式系統；通過(guò)PPP協(xié)議建立與監測中心的連接，實(shí)現監控中心對各個(gè)視頻檢測卡的遠程控制。

本文提出的視頻檢測和遠程控制的嵌入式系統設計方案，充分利用了DSP的高性能的數據處理功能和嵌入系統操作系統的實(shí)時(shí)穩定的特點(diǎn)，采用PPP協(xié)議建立與Internet的連接，實(shí)現視頻檢測的遠程控制。這種DSP信號處理與嵌入式操作系統相結合的模式，可以廣泛應用于工業(yè)控制、產(chǎn)品制造、智能交通等的視頻檢測領(lǐng)域，具有廣泛的應用前景。