（通信与信息系统专业论文）目标识别与跟踪系统硬件平台的c6x实现技术研究.pdf

电子科技人学硕十学何论文；摘要 p 9 皇s 2 摘要 l 目标识别与跟踪技术是现代科学技术领域的一个重要研究分支。目标 识别身跟踪技术的相关研究项目可以满足某些军事上或民用上的应用需 求。y 本项目要求目标识别与跟踪系统能对运动背景下的目标进行识别与跟 踪。 本文在研究了目标识别与跟踪系统理论模型的基础上，提出了基于 c 6 2 0 2 高速d s p 和大规模可编程器件的硬件实现方案和相关的软件实现方 案。在项目开发过程中，目标识别与跟踪系统的设计被划分为四个部分： 即硬件系统设计、硬件系统的主机驱动程序设计、目标识别与跟踪的d s p 软件设计、主机应用软件与操作界面设计。本文讨论的重点是目标识别与 跟踪系统的硬件平台的设计。 整个硬件系统的设计充分体现了现代电子系统设计的思想。在设计 中，强调了硬件系统的功能可扩展性和稳定性。硬件系统采用模块化设计 方式，这既降低了设计的复杂度，又有利于项目的分工。本硬件系统支持 的功能有：视频信号的数字成像、数字图像处理、与主机进行数据交换。 堰鲑丕统的设计、制作、调试工作已经基本完成。硬件系统与软件系 统的联机调试正在进行当中。从目前的结果上看，整个硬件系统已能正常 工作，但是整个系统的软硬件设计还有待进一步的优化。 关键字：识别与跟驴 v 数字信号处理器 可编程逻藉墓 数字图像处理 v 。 硬件设计 ，霹；t 0 4 莲 皇王型垫盔兰堡主堂垫丝苎! 塑墨 a b s t r a c t 。the t e c h n o l o g yo fv i d e oo b j e c tr e c o g n i t i o na n dt r a c k i n gi sa ni m p o r t a n tb r a n c h b e i n gs t u d i e di nm o d e ms c i e n c ea n dt e e k m o l o g yf i e l d t h er e l a t i v er e s e a r c hp r o j e c tc a r l b es e r v e df o r t h en e e do f n a t i o n a ld e f e n c ea n dc i v i la p p l i c a t i o n s t h ep r o j e c tr e q u e s t s t h a tt h es y s t e mo fo b j e c tr e c o g n i t i o na n dt r a c k i n gc a nr e c o g n i z ea n dt r a c kt h eo b j e c ti n t h em o v i n gb a c k g r o u n d a f t e rt h et h e o r e t i c a lm o d e lo ft h es y s t e mo fo b j e c tr e c o g n i t i o na n dt r a c k i n g b e i n gs t u d i e di nt h i sp a p e r , t h es o l u t i o no fr e l a t i v es o f t w a r es y s t e ma n dh a r d w a r e s y s t e mb a s e do nt h ec 6 2 0 2h i g h - s p e e dd s pa n dl a r g e - s c a l ep l di sd e v e l o p e d d u r i n g t h ed e v e l o p m e n to ft h i sp r o j e c t ，t h es y s t e md e s i g nc a nb ed i v i d e di n t of o u rp a r t s ： h a r d w a r ep l a t f o r md e s i g n 、h a r d w a r es y s t e m sh o s tc o m p u t e rd r i v e rp r o g r a md e s i g n 、 d s ps o f t w a r ed e s i g n 、t h ew h o l es y s t e mi n t e r f a c ed e s i g n t h ed e s i g no fh a r d w a r e p l a t f o r mi sm a i n l yd i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h em e t h o do fm o d e me l e c t r o n i cs y s t e md e s i g ni st a k e ni n t ot h ed e s i g no f w h o l eh a r d w a r es y s t e m i nt h ed e v e l o p m e n to fh a r d w a r es y s t e m , t h ef u n e t i u n e x p a n s i b i l i t ya n ds t a b i l i t y 弛e m p h a s i z e dg r e a t l y t h em o d u l a r i z e ds l n 烛l 糟i su s e di n t h ed e s i g no fh a r d w a r es y s t e m i tn o to n l yr e d u c e st h ec o m p l e x i t yo fd e s i g n , b u ta l s o b e n e f i t st h eg r o u pw o r k t h ef u n c t i o no fh 础t w a r es y s t e mi n c l u d e sc o n v e r t i n gv i d e o s i g n a lt od i g i t a li m a g ed a t a 、d i g i u ai m a g ep r o c e s s i n ga n dd a t ae x c h a n g ew i t ht h eh o s t c o m p u t e r t h ed e s i g n 、m a k i n ga n dd e b u g g i n go f h a r d w a r es y s t e ma r ef i n i s h e d t h es y s t e m e x p e r i m e n t i n gs h o w st h a tt h eh a r d w a r es y s t e mi sq u i t eg o o d k e y w o r d s ：r e c o g n i t i o na n dt r a c k i n g h a r d w a r ed e s i g n d i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g i i i p r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ( p l d ) d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ( d s p ) 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注 和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 j 一 签名：公退日期：) d 。工年弓月跏日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位 论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：薛 遮 导师签名： 日期：j - o o z 筇一章引言 第一章引言 1 。1 目标识别与跟踪系统简介 耳标识别与跟踪技术是当今科技领域一个重要的研究方向。它是一门 涉及图像处理技术、自动控制技术、计算机应用科学等方面的交叉学科。 它在计算机视觉、可视预警、交通监控等方面都有非常广泛的应用。 那么，目标识别与跟踪系统究竟是怎样的一个系统呢? 简单的说，目 标识别与跟踪系统是一个可以完成图像的采集和处理，从而实现目标识别 与跟踪的智能信号处理系统。结合巨标识别与跟踪系统的基本物理模型， 如图1 1 所示，我们来讨论目标识别与跟踪系统的系统方程。 兰羹蒜”， 系统l 籼妞躲，卜巾h ，i目标识尉跟踪系统l i 1 砣- 3 h 输入规鞭信号ili 图l l 目标识别与跟踪系统物理模型圈 目标识别与跟踪系统的系统方程( 如1 一l 式) ： o f ( x 1 ，x 2 x 。，t ) 】i 。= w 1 2 3 胁 目标识别与跟踪系统方程的物理意义是：视频信号f ( 1 l ，x 2 x 。，t ) 通 过一个信号处理系统o 】，在限定条件为c 的情况下，系统的输出结果 是：矽lw 2 3 w n 7 。 1 2 课题的研究任务 整个目标识别与跟踪系统是个复杂的智能信号处理系统。从研究i 鬃 第1 页 电f 科技人学硕f ：学位论文 题对目标识别与跟踪系统功能一卜的要求出发，我们可以把目标识别与跟踪 系统的研究任务划分成以下几个部分： l 、 目标识别与跟踪系统的硬件平台设计： 2 、 硬件平台的驱动程序设计： 3 、 实现目标识别与跟踪的d s p 软件设计； 4 、 上层应用软件设计。 本人担负的主要任务是：目标识别与跟踪系统的硬件平台设计。本论 文的讨论重点也是这一部分。 1 3 国内外研究动态 1 3 1 目标i , u , 另j l 技术发展动态 目标识别的过程实际上是一个图像处理的过程。它主要包括：图像 的分割、图像的识别嚣个过程。这两个过程的图像处理算法也是目标识别 技术的关键算法。下面我们对图像分割和图像识别的常用处理方法进行简 单的探讨。 一、 图像分割技术发展动态 到目前为止，图像分割的算法有很多。如：基于图像灰度门限的图像 分割、基于图像纹理特征的图像分割、基于图像运动特征的图像分割等。 1 、 基于图像灰度门限的图像分割技术 这种图像分割技术是根据图像象素的狄度信息，选择一个灰度门限， 通过对图像进行二值化处理，来实现图像的分割。其数学表现形式如l 一2 式： f ：x ? v ) ：p 7 【0 f f x ，y ) t ( i 一2 ) e l s e 其中：r 为图像灰度门限 选择跃度门限是这种处理算法的关键，它会直接影响到图像分割舳效 果。传统的针对目标灰度与非目标灰度的双峰直方- 图的图像分割方法有很 第2 页 第一章引言 多，如：最小错误概率法、贝叶斯法等。 但是实际上的图像直方图通常是比较复杂的。所以用传统处理方法的 效果在某些情况下不能令人满意。人们又提出了模糊处理方法、熵不变分 割法和随机场模型等新的处理方法。其中随机场处理方法是目前研究的热 点之。 2 、 基于图像纹理特征的图像分割技术 基于图像纹理特征的图像分割方法不是从图像的狄度特征出发来对 图像进行分割，而是通过图像的纹理特征来分割图像。这种图像分割方法 也是现在研究的热点之一。 目前常见的纹理图像分割方法有：基于小波变换的处理方法和基于分 形学的处理方法。 3 、 基于图像运动特征的图像分割技术 对于运动的图像数据来说，图像信息不但在空间上具有相似性，而且 在时间上也有很大的相似性可是，基于图像灰度门限的图像分割和基于 图像纹理特征的图像分割在图像处理中都只用到了图像信息的空间相似 性。 基于图像运动特征的图像分割技术正是利用了连续图像序列在时问 上具有极大的相似性来进行图像分割，所以在图像分割效果上就有较大的 提高。 二、图像识别技术发展动态 图像目标从背景中分割出来以后，系统还需要对它进行识别，判断分 割处理的是否为要跟踪的目标。目标的识别主要包括：图像特征的描述和 图像特征的识别运算。 图像的特征描述就是建立图像特征向量的过程。建立图像特征向量的 方法最常用的方法就是：建立目标特征参数。常用的目标参数有： 1 、 几何参数。如目标蕊积、占空比、长宽比等： 2 、 统计参数，目标图像的各阶统计矩。 图像特征向量建立好以后，通过一定的匹配运算来实现目标的识别。 常见的匹配准则有：m a e ( m e a na b s o l u t ee r r o r ) 、m s e ( m e a ns q u a r e e r r o r ) 。 第3 页 电子科技人学硕 学位论文 1 3 2 电子系统设计发展动态 电子技术的发展是以微电子技术为基础的。到目前为止，微电子技术 发展经历了这样几个阶段：从分离器件到集成电路( i c ) ，从中小规模集 成电路( s s i 、m s i ) 到大规模集成电路( l s i ) ，从大规模集成电路到超大 规模集成电路( v l s i ) 。证是出于微电子技术取得了长足的发展，电子系 统设计才能够不断的进步。从电子系统设计发展的过程来看，我们大致可 以将它划分为三个阶段。 一、 以分离器件和中小规模集成电路为基础的电子系统设计 在这个时期，电子系统设计一直是先选用分离器件和标准的通用集成 电路芯片，如7 4 系列的t t l 电路和4 0 、4 5 系列的c m o s 集成电路，再 用这些器件自下而上的构建电路、子系统、以及大系统这种方法必定要 经过从实验电路板到印刷电路板( p c b ) 的多次拼凑，才能完成个电子 系统的设计。它主要存在以下几个弊端： 1 、 电子系统所需要的元器件种类和数量较多，电路板面积大，电路功耗 大，可靠性较差。 2 、 采用这种方法设计较复杂的电子系统，产品的开发周期比较长。 3 、难以进行系统功能的扩展。 由于这种设计方法存在以上的缺陷所以现在只有在功能较为简单韵 电子系统设计中才会采用这种方法，对于功能较强大的电子系统的设计一 般都不会再使用这种方法。 二、 以处理器为核心的电子系统设计 随着超大规模集成电路( v l s i ) 的出现，单只芯片的功能越来越强大。 这就为以处理器为核心的电子系统设计的出现和发展创造了条件。因为从 理论上讲，处理器在逻辑上的实现是无限的，那么只要以它们为核心，再 加上少量的外围电路就可以构造出功能强大的电子系统。目前，这种设计 方法b 经广泛的被绝大多数的电子系统设计者接受和采纳。它也是目前最 流行、最成熟的设计方法。 这种设计方法的优势在于： 第4 贞 第一章引言 1 、系统有较强的功能扩展性。因为这种设计方法经常是采用c p u + p l d 的方式来构筑电子系统。由于c p u 、p l d 都具有很强的可编程性， 所以只要对系统的软件配置作一定的修改就可以实现耨的功能。 2 、 系统的可靠性有较大的提高。因为使用这种设计方法来设计电子系统 选用的芯片较第一种设计方法有较大的减少，这就有利于提高系统的 可靠性，同时也有利于降低系统的功耗。 但是这种设计方法也存在一些不可避免的缺陷。归纳起来，它主要包 括以下几个方面： 1 、 系统的处理速度比较低因为从本质上说，处理器都是采用串行流水 的工作方式。无论多么高的工作频率和多么好的指令时序方式，在排 队式串行指令方式面前，其工作效率速度和效率也将大打折扣。因此 如果把这样的系统应用到实时仿真、高速工控或高速数据采集等领 域，它就会显得力不从心。 2 、 系统采用复位的工作方式。以处理器为核心的电子系统在初始化过程 中都必须经历一个复位过程，否则系统将无法正常工作。虽然系统的 复位必须满足一定的电平和时间条件，但是在系统受到干扰的情况 下，有可能会产生不必要的复位，这会给整个系统的工作带来极其严 重的后果。 3 、p c 的跑飞。在强干扰或某些偶然的因素下，任何基于处理器的电子 系统都极有可能超出正常的程序流程而出现跑飞。这也是不争的事 实。一旦出现跑飞，系统“死机”就有可能带来不可挽回的后果。 虽然这种设计方法存在以上的不出之处，但目前它仍然具有较大的优 势，它也是电子系统设计的主流。 ：j 、基于超大规模可编 2 器件的系统芯片( s o c ) 的电子系统设计 随着超大规模可编程器件和电子设计自动化( e d a ) 的进一步发展， 基于系统芯片( s o c ) 的电子系统设计正在逐渐走向成熟。这种电子系统 设计方法打破了硬件设计和软件设计的严格界线。通过运用功能强大的 e d a 工具，可以在一片超大规模可编程器件芯片上实现整个电子系统的功 能。这种设计方式是采用一种新的自上而下的设计思想。在这种方法中， 卤九对整个系统按照一定的熔则进行功能划分把系统f 分为若l 个子系 第5 页 电子科技人学硕 j 学位论文 统，再把每个子系统化分为多个功能模块，卣到每个功能模块均可实现为 止。这种设计方法简化了设计的难度和复杂度。这种设计方法的优势主要 有以下几个方面： l 、系统的处理速度快。可编程器件的时十时延可以达到纳秒级，结合其 l 葡投的并1 j 上作力武，3 u c 也f 系统处埋逸发伺很人的旋商。 2 、 系统的可靠性好。s o c 电子设计方法把整个系统的功能集成到一块芯 片上，最大限度的减少了系统选用的芯片数量和电路板上的连线，这 样就大大的减少了芯片之问和连线之阳j 的相互干扰，这就使系统的可 靠性有了很大的提高。 3 、缩短开发周期。由于e d a 软件的功能十分强大，通过v h d l 语言或 原理图等输入方式完成系统功能实现后，还可以运用e d a 软件强大 的仿真功能对系统的功能进行验证。如果使用现成的i p ( i n t e l l i g e n c e p r o p e r t y ) 核来完成电子系统的设计，工作量就会极大的减少。 下面再谈一谈s o c 设计方式目前还存在的一些问题。 1 、 s o c 设计方法要求可编程器件的规模很大，但是目前高密度的可编程 器件的价格还比较昂贵。 2 、e d a 软件价格昂贵坤核公开化程度不够，且功能还不够完善。 虽然s o c 设计方式目前还存在上述的一些问题，但是电子系统设计 逐步走向系统芯片设计是大势所趋。我们完全相信，随着高密度的可编程 器件的价格和e d a 软件价格的下降，以及i p 核公开化程度的提高及其功 能的不断完善，在不久的将来s o c 设计方式一定会被广泛的使用和推广。 1 4 论文安排 本文是目标识别与跟踪系统的研究工作的总结，文中着重讨论了目标 识别与跟踪系统的硬件平台的实现方案与设计细节。本论文章节安排如 下： 第章：论文的引言部分，它包括课题的研究任务、目标识别与跟踪 系统简介与国内外相关技术发展动态： 第_ 章：讨沦门标谚! 别与跟踪系统的。0 地0 。絮，它涉及的内容f rn 标 第6 页 第一章引言 识别与跟踪系统的功能、物理模型以及系统的软硬件实现方案： 第三章：讨论硬件系统中的几个关键模块设计，如视频接口的设计、 数字图像处理模块的设计： 第四章：讨论系统的总线仲裁与控制逻辑设计； 第血章：介绍 乜j ：系统设讨。中的信号完整性问题，研究如何提高电r 系统的抗干扰性： 第六章：介绍目标识别与跟踪系统的硬件调试系统、调试中要用到的 硬件设备和相关软件以及调试方法。 第7 页 电子科技人学硕f ：学位论文 第二章目标识别与跟踪系统方案设计 目标识别与跟踪技术不管是在军事上，还是在民用中都有极其重要的 实片j 价值，并且得到了非常广泛的应用。目标识别与跟踪技术属于熙像处 理技术的一个重要分支，因此目标识别与跟踪系统的实现方案与图像处理 系统的实现方案有着紧密的联系。本章就目标识别与跟踪系统的功能、软 硬件实现方案进行讨论。 2 1 目标识别与跟踪系统的功能 目标识别与跟踪系统既可以是一个能够独立工作的完整系统，也可以 是一个工作在主控计算机上的子系统。本论文讨论的是工作在主控计算机 上的目标识别与跟踪系统。结合图2 1 我们可以看出一个工作在主控计 算机上的目标识别与跟踪系统，一般说来它应该具备的功能有： 功耗模块h 功能模块f 2功能模块f 3功麓关块f 哇 图2 1 目标识别与跟踪系统的功能模块图 l 、 视频信号的数字成像功能( f i ) 。它包括视频信号的采集，预处理， 即把输入的视频信号转换成该系统能够处理的数字图像数据，并且按 照一定的组织形式存放在确定的存储区域； 2 、数字图像处理功能( f 2 ) 。运用相关钓数字图像处理算法来实现目标 的识别与跟踪，该功能是目标识别与跟踪系统的核心功能； 3 、 与主控计算机的数据交换功能( f 3 ) 。由于目标识另j 与跟踪系统是工 作在主控计算机上的，所以它只有具备了与主控计算机的数据交换功 能，才能使二者成为一个有机的整体： 4 、上层可控制功能( f 4 ) 。目标识别与跟踪系统是工作在主控计算机上 第8 页 第二章日标识别与跟踪系统方案殴计 的个子系统，是主控计算机的功能扩展模块。为了便于主机对目标 识别与跟踪系统进行操作和管理，该功能是不可或缺的，同时主机还 可以实现一些目标识别与跟踪系统的辅助功能。比如图像的显示，图 像数据的存储，目标特性分析，系统的远程控制，数据的网络传输等。 一个功能完整的目标让 别与跟踪系统从纵向结构上来看，我们可以把 它划分为：硬件平台、d s p 软件、驱动程序、上层应用软件四个相对独立 的层次。处于下层的平台为上层平台提供了实现的基础。图2 2 是目标 识别与跟踪系统的结构层次图，从图中可以看出构成目标识别与跟踪系统 的四个层次的功能是： 上层应用软件 驱动程序 d s p 软件 硬件平台 图2 2 目标识别与跟踪系统的结构层次图 1 、 处于系统最底层的是系统的硬件平台，它是整个系统最基本的物理支 撑平台，是系统软件实现的基础； 2 、 处于第二层的是d s p 软件，它主要功能是对数字图像数据进行处理， 实现对运动目标的识别与跟踪； 3 、 第三层是硬件系统的驱动程序，它负责系统底层数据与上层主机的数 据交换以及硬件资源的调度与管理； 4 、 系统的最顶层是上层应用软件，它包括目标识别与跟踪系统的主机操 作界丽，图像数据及相关特征数据的存储。 2 2 目标识别与跟踪系统设计 目标识别与跟踪系统的核心功能是：通过对数字图像的处理实现运 动目标的跟踪与识别。所以数字图像处理模块是整个系统的关键部件。d s p 芯片具有强大的毅宁信号处理功能，所以用它来实现图像处用! 算法址个 第9 页 电子科技人学硕 ：学位论文 比较理想的选择。因此整个目标识别与跟踪系统可以看作一个d s p 系统。 在通常情况下，一个d s p 系统的设计是按图2 3 所示的设计流程进 行的。 圈2 3d s p 系统的设计流程图 整个目标识别与跟踪系统是一个复杂的系统，将一个复杂系统进行分 解是简化系统设计的重要方法。同时为了论文叙述的方便也需要把系统分 解为多个模块。 我们结合目标识别与跟踪系统结构划分图( 如图2 4 所示) ，来讨论 目标识别与跟踪系统的组成结构。从总体来看，我们可以把目标跟踪与识 别系统分解为系统硬件和系统软件两大部分。 第1 0 页 第二章目标识别与噩l 踪系统方案设计 标蕾 刖与跟踪系统 系统硬件 采集处理卡 系统软件 d s p 软 件 訇国闰闻寓寓引j 善 p c 仿 真 1 机 输 入 出 图2 4 目标识别与跟踪系统结构划分图 一、硬件部分 硬件为完成系统任务提供物理支持平台。前面我们讨论了系统的功能 划分，硬件系统是实现系统功能的物理基础。为了完成系统功能，系统的 硬件部分应该包括以下几个部分；模拟，数字视频接口、数字图像存储器、 数字图像处理单元( d s p 处理器) 、p c i 接口、控制逻辑电路，这几个部 分的具体实现和完成的功能在以后的章节进行详细的讨论。 二、软件部分 软件是完成系统任务的重要部件，整个软件系统可以分割为以下几个 部分：d s p 系统的目标识别与跟踪软件、图像处理卡的主机驱动程序、系 统主机控制程序及应用界面，同时在软件设计的前期还进行了系统功能的 p c 仿真。本文主要涉及的是系统的硬件平台设计，所以软件部分只作一 个粗略的讨论。 2 3目标识别与跟踪系统的软件模型 上一节我们讨论了系统的功能模块划分，从上一节可以看出：目标识 别与跟踪系统的软件系统山硬件驱动程序、d s p 软件和主机应用软件i 部 第l l 页 也f 科技人学硕t 学位论文 分组成。目标识别与跟踪的算法由d s p 软件来实现。本节就目标识别与跟 踪软件的算法模型作个简略的讨论。 一个目标识别与跟踪系统在通常情况下要完成的工作有： l 、在被观察的衽葫图像中搜索目标毓在的区域； 2 、 检测、分削、以别幽像岛仞i ； 3 、确定目标点及其运动行踪。 2 3 1 目标识别与跟踪系统的基本模型 目标识别与跟踪系统是按怎样的处理流程工作的昵? 下面我们来讨 论目标识别与跟踪系统图像处理的基本模型( 如图2 - 5 所示) 。 当巨寸吨三p 咂三隧 图2 5 目标识别与跟踪系统的图像处理流程图 其中o l 】、0 2 【】、0 3 【】是目标识别与跟踪系统的图像处理算子。 每个算子实现了相应模块的处理功能。 一、 目标区域提取算子o i 【】 假设：目标可能存在的区域为t ( x ，y ，t k ) ，输入视频图像为f ( x ，y ， t k ) ，那么 。 t ( x ，y ，t k ) = o l f ( x ，y ，t k ) ，f ( x ，y ，。t k 一1 ) ，f ( x ，y ，t k n ) l 2 一lj n 的取值出系统的处理能力和处理算法决定，一般说来n m a x m e m n u m b e r s y s o r d e r = s y so r d e r s t a r t 输出状态：o u t p u t s t a t e = s d ，s 6 _ p a r a 2 4 系统的硬件方案设计 2 。4 1 硬件系统的设计原则 在实际的硬件系统设计过程中，有许多因素是必须考虑的。因为这些 因素决定了设计出来的硬件系统是不是一个最经济、最可靠、最优化的系 统。在通常情况下，我们在进行设计电子系统的时候，必须遵循以下几个 原则： 1 、 硬件系统应具有较高的稳定性和可靠性，在有较强电磁干扰的环境 下也能正常工作。 2 、 对于处理速度要求不是特别高的硬件系统，应尽可能用软件来实现 系统功能，以减轻硬件设计的复杂性。另一方面，在系统方案已经 确定的情况下，硬件系统应发挥最大的效率 3 、 硬件系统应具有较强的功能扩展能力。在现代硬件系统设计中，系 第1 8 页 第一二章目标识别与跟踪系统方案设计 统的功能扩展能力是设计者考虑的一个非常重要的因素。因为如果 该硬件系统具有很强的功能扩展能力，那么我们只需要有一个通用 的硬件平台，在不同的应用场合下，使用不同的应用软件就可以实 现不同豹系统功能，这样就会极大的减少硬件设计的开发费用。另 一方面，使用可编程器件还有利于系统调试，这也降低了硬件系统 的设计风险。 4 、 降低硬件系统开发成本。在选择器件的时候，应该从系统的功能指 标出发选择经济实惠的器件，而不是片面追求功能大而全的新器件。 2 4 2 红外运动目标跟踪与识别硬件系统功能指标 系统对视频信号输入方式的选择以及处理精度要求。 1 、系统能选择视频信号的输入方式( 主要是对模拟视频信号和数字视 频信号的选择) - 就要求系统既能处理模拟遣盘的视频数据，又能 处理数字适鎏的视频数据( 但是系统进入正常工作后不能随意切换 信号的输入通道) ； 2 、模拟视频信号数字化的精度要求：a d 精度为8 b i t p i x e l ； 3 、数字视频信号的要求：数字视频信号按r s 4 2 2 差分传输协议传送 数据，像素的灰度等级1 4 b i t p i x e l 。 目标识别与跟踪处理算法的性能及系统相关要求 1 、每场图像处理时间： 1 ( 同上，0 当作1 处理) 3 、h o l d _ 0 e c l k i n 瑶 八h 厂、一 厂、八j八厂、八厂、厂、厂、一八厂、 1 、 r 一 i - 、 露麓暖k l 曩凼j _ - ， ，_ - _ j _ ， ，口- ii 一木 l 厂_ 一 l 蕊r 邙 l 厂了了一 ll 7 c 瑶一i i - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一 ii1 a r d y 图3 5e m i f 存储二芑间读操作时j f 幽 3 1 4 i l p l 接口设计 3 1 4 1 扩展总线的基本特性 除了e m i f 接口以外，c 6 2 0 2 还提供了条扩展总线( e x p a n s i o nb u s ) 。 第3 3 页 二= 电子科技人学硕士学位论文 扩展总线是在h p i ( h o s tp o r ti n t e r f a c e ) 总线的基础上发展起来的。它不 但可以实现同步、异步f i f o 的无缝连接，而且可以很方便的与p c i 桥接 芯片以及其它处理器进行连接。图3 6 是c 6 2 0 2 的扩展总线的结构模块 图，从下图可以看出，扩展总线从结构上看可以分成两个部分：i o 接口 捌土七i l 按u 。另外匕处提供与i 司少存储器件连接的时钟。i 一时，扩腱总线 还提供了一个方便的仲裁机制，主机接口的总线仲裁既可以用c 6 2 0 2 的总 线仲裁器，也可以用外部总线主控设备的总线仲裁器。 x r o y x f c l k ， 图3 6c 6 2 0 2 扩展总线结构模块图 扩展总线的仲裁是通过x h o l d 、x h o l d a 这两根控制信号线来完成 的。如果总线仲裁器使用c 6 2 0 2 的仲裁器，那么d s p 复位后，c 6 2 0 2 是 扩展总线的主设备，其它设备需要成为扩展总线的主设备的时候，就得通 过x h o l d 向c 6 2 0 2 申请总线，如果d s p 同意让出扩展总线，就把 x h o l d a 置为有效电平。在这种情况下jx h o l d 是输入，x h o l d a 是 输出。如果总线仲裁器使用是其它外部仲裁器，那么d s p 复位后。c 6 2 0 2 是扩展总线的从设备，d s p 需要成为扩展总线的主设备的时候，就得通过 x h o l d 向外部总线仲裁器申请总线，如果外部总线仲裁器同意让出扩展 总线，就把x h o l d a 置为有效电平。在这种情况下，x h o l d 是输出。 x h o l d a 是输入。 另外，c 6 2 0 2 很多1 ：作方。j 、工作状态是通过刘扩展总线x d 【3 1 ：l ) 】f 1 第3 4 页 蕊 黧鎏器 器淤一 第三章硬什系统关键模块研究 上下拉处理来实现的。在对c 6 2 0 2 进行复位时，x d 3 l ：0 】管脚上的电平被 锁存，它们就决定了d s p 工作的多种状态，如：d s p 的程序加载方式、 内部总线仲裁器的使能与禁止、扩展总线主机口的工作模式等。 c 6 2 0 2 的程序加载方式与存储空间地址映射方式是通过上下拉 b o o t m o d e 4 ：0 】( 对应于扩展总线的x d 4 ：0 】) 来实现的。各种d s p 程序加载方式如表3 1 所示 表3 一ld s p 程序加载与存储空间地址映射方式选择 3 1 4 2h p i 按口设计 一、h p i 接口的基本特性 c 6 2 0 2 的扩展总线工作在主机接口状态下，可以方便的与外部处理器、 p c i 接口芯片或其它外围设备进行接口。c 6 2 0 2 的h p i 接口以同步方式或 异步方式进行工作。如果c 6 2 0 2 的h p i 接口工作在同步方式下，它可以非 常方便的实现与p c i 接口芯片和其它多种通用处理器的接 。如果h p i 第3 5 页 电子科技大学硕十学位论文 接口工作在异步方式下，它就可以实现与一般异步设备的接口。 如果h p i 接口以同步方式进行工作，那么c 6 2 0 2 既可以作为扩展的 主设备进行工作，又可以作为扩展总线的从设备进行工作。而且，h p i 接 口以同步方式进行工作的时候，它还支持数据的突发传送和d m a 的数据 传= i 羞力武，这就u j 以十苁大的提商数如传送的姒率。 c 6 2 0 2 的扩展总线与异步设备进行接口的时候，c 6 2 0 2 只能以异步方 式进行工作，并且它只能作为扩展总线的从设备。