（计算机应用技术专业论文）一个基于dsp的电子阅读笔硬件系统.pdf

西北工业大学碗士学位论文摘要 摘要 鹱豢= 十一擞纪数字地球时代豹来妫，专用嵩速数字绩息的处理技术成为 发展的方向，在巨大的庶用前景的驱动下，专门为高速数字信患处理丽设计的 数字信号处理器( d s p ) 成为数字化领域的重要角色，随麓d s p 技术的日额月异 的发展，随着新挺功能d s p 的不断涌现，这一技术推动了现有科研成暴的产品 化、硬件化的进程，促使研究成果迅速转变为经济效益，实现良性循环。 作为一项新兴技术的d s p 技术，业融成为数字化应用领域中的关键技术。 因此，对d s p 本身及其成用技术粒研究，有剩予促进科磷项基以市场力鼯囱， 以产生被会效螽和经济效益为爵标向产黼化的方向快速发展。本文，对d s p 的 楣关技术进行了深入的研究，并将研究成果应用在电子阅读笔项目中，为该项 箱成功媳构建了硬侔系统，跌丽为该项鞲的最屠研铺成功奠定了坚实的罄础。 硬转系统豹羧进和剞额方案翔下： 1 实现系统与摄像头接1 ：3 的传统方案，需要设计一个专用采集电路， 潋实瑷将圈像聚集蘩r a m 芯筹巾。零方案突破传统方案，省去了专瘸 采集电路和r a m 芯片，将数字掇像头与d s p 直接接口，由d s p ：栋片实 凌疆像熬采集势将采集麓图像纛接存在d s p 内熬靛r a m 孛，硬绺结稳 达到最简的构架，满足了电子阅读笔小型化的需要。 2 传统方案采掰e p r o m 芯冀哭豢有读懿功麓，产磊内部静较 睾无法实 现更新。本方案利用d s p 软硬件特点和功能，实现了d s p 与f l a s h 芯 片接叠，凝方絮霹实瑷黠f l a s h 芯著逡簿镶程、擦豫黎烧写功戆，毒 利于系统软件的自动升级。 3 传统系统要增麓u s b 接日，筠需采用独立予系统戳箨豹单独等u s b 接口的方案，因此，对乎u s b 接口部分必须增加单片机来处理u s b 的 谤议秘接蜀售惑。本方案采弱d s p 壹按毒u s b 接露芯冀接口，瘸d s p 来实现接口协议和信息的处理，能降低纂统的成本、缩小产品的体积。 关键诃：d s p 电子阅读笔图像采集图像识别图像显示 i i 登釜三兰盎兰鎏圭兰鳌耋吝篁：罄 a b s t r a c t t h ed i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ( d s p ) i sat y p eo fm i c r o p r o c e s s o r w h i c hh a su n b e l i e v a b l e r u ns p e e da n d p o w e r f u lf u n c t i o n s ，d s p i su n i q u eb e c a u s ei tp r o c e s s e sd a t ai nr e a lt i m e + i tc a n h e l pp e o p l et or e a l i z ea m d e v a r i e t yo f g o a l s ：f i l t e r i n g ，s p e e c hr e c o g n i t i o n ，i m a g ep r o c e s s i n g ， d a t ac o m p r e s s i o n ，n e u r a ln e t w o r k s ，a n dm u c hm o r e 。d s pi so n eo ft h em o s tp o w e r f u l i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g i e si nt h et w e n t y - f i r s tc e n t u r y , b e c a u s eo fr e c e n td e v e l o p m e n t si n h a r d w a r et e c h n o l o g y , d i g i a ls i g n a lp r o c e s s i n gi sf a s tb e c o m i n go n eo ft h em o s ti m p o r t a n t r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e td o m a i ni ne l e c t r o n i c se n g i n e e r i n g i n t h em a n yc o n s u m e r p r o d u c t s i n c l u d i n gm o b i l ep h o n e s ，c dp l a y e r s ，m i n i d i s k sa n dh e a r i n ga i d se t c ，a l ln o w c o n t a i no n eo r m o r ed i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n gd e v i c e s ri st h ec o n t i n u e di m p r o v e m e n ti nt h eb a n g s b u c k r a t i o ( i e t h ep o w e r c o s tr a t i o ) t h a th a se n a b l e dd s pt e c h n o l o g yt op e r v a d et h ec o n s u m e r m a r k e t ah a r d w a r es y s t e mb a s e do nad i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o rf o re l e c t r o n i cr e a d i n ga n d t r a n s l a t i n gp e np r o j e c ti sp r o p o s e di nt h i sp a p e r , s o m eu n i q u ef e a t u r e si nt h i ss y s t e ma r e l i s t e da sf o l l o w s ： 1 n o r m a l l y , i no r d e rt ol i n kac a f l l e r aw h i c hi su s e dt oc a p t u r ei m a g e ，h a r d w a r es y s t e m n e e dt oa d das p e c i a lc a p t u r i n gc i r c u i ta n dar a m c h i p i nt h i sp a p e r , w ep r e s e n tan e w m e t h o dw i t hw h i c hw eo n l yu s ead s pt oc o m p l e t ea ni n t e r f a c ew i t ht h ed i g i t a lc a l n e r a d i r e c t l y t h i s m e t h o d m a k e s t h e c a p t u r i n g p a r t t o b e t h es i m p l e s t o n e a n d i t i s a l s oe f f e c t i v e t o r e d u c et h ev o l u m eo f t h ew h o l e s y s t e m 2 i no t h e rh a r d w a r es y s t e m , t h ef l a s hc t l i p 州瞄i yi so n l yu s e dt oe x e c u t er e a d i n g o p e r a t i o n b u t , i no u rh a r d w m s y s t e m , t h e f l a s hc h i pi sn o t o n l yt ob eu s e dl oc o m p l e t et h e r e a d i n go p e r a t i o nb u ta l s ot ob eu s e d t oc o m p l e t ew r i t i n go p e r a t i o n sb y u s i n gd s p s oi tw i l l b ec o n v e n i e n tt ou p d a t et h ed s ps o f t w a r ea n ds y s t e md a mi nt h ef u t u r e 3 f o ra p p e n d i n gau s b i n t e r f a c e ，p e o p l en o r m a l l ya d da ni n d i v i d u a lp l d c e s s o r t or u nt h e f i r m w a r ef o ru s b p r o t o c 0 1 i nt h i ss y s t e m , w el e tt h es a m ed s pc h i p 抽r u n t h i sp r o t o c o l ， t h e r e f o r ei tc a nr e d u c et h ep r i c ea n dv o l u m eo f t h ew h i l es y s t e mg r e a t l y , k e y w o r d s ： d i g i t a ls i g r l 矗1p r o c e s s o r ( d s p ) e l e c t r o n i cr e a d i n ga n d t r a n s l a t i n gp e n i m a g ec a p t u r i n gi m a g ei d e n t i f i c a t i o n 如琏g ed i s p l a y i n g i l l 塑! ! 三些蠢兰璧圭耋堡兰兰 l董三塞丝鎏 第一章绪论 信息化的基础是数字化。数字化的核心技术之一是数字信号处理。数字化 时 弋静魏寒要求核心技笨酌发袋，蠢核，磐技零翡发展依赣于徽鲶理器的不繇更 新换代。微处理器的新成员d s p 作为核心部件广泛的应用在数字化产品中，本 文鼹d s p 器终、d s p 按零及其奁数字纯产品中戆应矮送行了磅究，著攥貘了其 体的设计方案。 1 f 选题意义和研究目的 d s p 应用技术作为一门正在兴起，并且应用前景广泛的技术，在许多专用 馍域起鬻关键的作用，龙其是在数字图象处理、数字语鸯处理觏工业控制等方 面，d s p 应用技术发挥鬻不可替代的作用。近几年来，以d s p 技术为核心开发 的通用消费类产龉越来越多，市场的发展促使d s p 技术从单纯的理论研究过渡 到产、监能的进程，而这一技术为柱会翻造了很多极兵价值的应用产品，矮中最 为普遍的例子就是d s p 在移动通讯设备中的广泛应用。在这样的时代条件下， d s p 技术已经成为计葬视应螽l 领域不可绒缺的关键性技术。因诧，我 f j 选择这 一技术作为研究课题，以期能尽快掌握该技术的理论知识并将其应用在实际工 萋中，较侠逢褥数字蚕像楚理、数字语密憝理靛攀 磷或祭产晶毒艺、硬辞亿，推 动科研项目的产业化速度，促成科学技术研究与产品经济运作的良好结合。 本项谍题柬源于省科学技术研究发腱诗巅项罄：电予阅读笔的研制，本论 文所承担的主要工作是构建产品的硬件系统。由于电子阅读笔熨对采集的图像 送行分析、谖爱和处理，有眈较笈杂静算法，一般的单片极无法驻任，掰骏我 选择d s p 作为核心处理器进行研究工作。研究目的是按照项目的要求构建一个 萋子d s p 技术静疆 宰试验系统，并将英璇终调试成功，达翻颈麓静疆侔簧求。 。2 电子阅漩笔璎謦介缨 1 , 2 。l 璜莓介绍 疆豢矮势技零不龋发震，夺毽逛子麓毽逐澎走入一般久豹宝活。瑷程枣嚣 上常见的该类产品包括嗽子词典、p d a 个人助理等。在陕西省科安的积极支持 下，我镪浮戆磷发电子凝读笔产鼹，该燕终绘耀产提供一魏抉遮麓捷熊孛荚 西北工业大学硕士学位论文第一草绪论 文文件直接阅读工具，以对书面文件直接扫描的方式，实现中英双向单词互译， 解决在大量印刷品文献阅读中可能遇到的语言障碍。该系统将可以实现自动扫 入待翻译的单词图像，继而快速识别并输出翻译结果。整个系统操作简单，识 别率高，速度快，用户容易掌握，其识别翻译过程无需用户干预。它将成为电 子词典的强有力补充。 1 2 2 项目进展情况 该项目的软件设计部分主要包括：对数字图像的处理、文字识别，双向翻 译词典数据库的设计，字典查询等。目前，我们已经研制出原型算法，软件设 计方案己经基本完成，并实现了在p c 机上的模拟实现，有待向专用系统进一步 移植，实现该产品的硬件化。 1 3 本课题的研究内容 本课题研究如何以d s p 处理器为核心构建产品的硬件实现系统，为电子阅 读笔脱机版本的开发做好充足的硬件准备。主要研究内容如下： 1 构建能支持d s p 处理器正常工作的基本硬件系统。 2 构建支持系统功能的外设，它包括以下三个子系统： 1 ) 图像采集子系统，该部分将实现图像的输入； 2 ) 字库字典库存储子系统，该部分将实现文字的识别和翻译查询； 3 ) 图像显示子系统，该部分具有显示识别和查询的功能： 3 提供与p c 机的接口方案，主要功能是完成系统的调试和扩展。 1 4 本章小结 本章作为全文的绪论部分，对d s p 技术的应用和电子阅读笔的项目情况做 了简单介绍，提出以d s p 处理器为核心实现电子阅读笔硬件系统的设计方案， 并确定了本课题的研究目的和研究内容。 2 西北工业火学硕士学位论文 第二鞲系统硬件设计腺理 第二章系统硬件设计嚣理 电子阅读链的硬件核心器件为数穹己信号处理器，本方案中我们选用d s p 来 掏建产潞的硬件系统，本章舟绍了d s p 静相关知识，势潋萁为核心稳蘸了硬l 睾 设计方案。 2 1 微处理器的选型 2 1 1 数字信号处理的两种方式 数字信母处理( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ) 有模拟处理和数宇处理两种方式， 分裂羯摸按惫路窝数字电路来实瑗。涎耪售号处理方式豹特点觅表t 。我们 看到模拟电路的性能会受到外界环境因素的影响，并且其特性不易改变；而 数字魄照剥基本不受环境豹影响，劳霹通过对徽处理器鲍重凝编程采改变其 特性。由于数字电路所具有的优越健，在本方案中我们选择采用数字电路进 行硬传设计。 表1 模拟和数字信号处理方式特点的比较 塑鏖l 垂矍堡楚鏖i ! 塑照墼塑盐整垫! 堡! 簦婆i _ 耋竺耋霹| 耋翌：萋篓氅兰竺、噪声、电弦场l 不受遮整因素静澎晌| 重楚性f 等的干扰和影响大 i 一h l 嚣 懋鼍恕傺d s p 鬈瓢鬻：刮 种较少、集成度不高、价格较高 f 毫；”“f 簋竺竺竺兰l 竺竺竺竺! 时的i 一 i 可班处理包括微波毫米波乃至光| 按照奈准则的要求，受s h 、a di 波信号l 和处理速度的限露 2 1 2 徽处理黼的分类和特i l 【 采馐数字僖号处瑗静方式必须选择含逶懿徽楚瑾器( m i c r o p r o c e s s o r ) ，嚣 西北工业大学礤曩= 学位论文第嚣章系统硬件设计鞭理 蓠懿徽楚理嚣分秀逶耀缝理游、擎冀凝秽d s p 三丈类，各囊瓣特点魄较翔下； 1 d s p 和单片机( m c u ) 的比较 1 ) 共同点 d s p 与单片机郝可以应用到嵌入式系统中，在系统中做为处理器完成一定 的系统控制和处理功能。 d s p 与鹧片机都有独自的指令集，与p c 机的指令集不兼容。只有充分了 解其硬件的特点才熊编写出合理丽离效的程序。 2 ) 不同点 荸片橇与d s p 签理性麓差距缀犬，d s p 静处理速度一般蹩单靖辘静l 倦 以上，而在乘法处理上d s p 的优势更为明驻( 两者的处理时间比较如表2 ) 。 这一毪能决定7d s p 静应弼领域主要集孛程较复杂戆算法楚瑾孛，魏：数字 图像压缩、数字语音编码簿领域；而单片机则主要用于工业控制等对处理速 度鞍楚理链毙要求较低豹强壤。 表2 单片机与d s p 处理描的性能比较 m c ud s p 甄辎裹橙低挡巍搂 指令周期( a s )6 0 04 05 05 蘩攘对麓惫s ) 1 9 0 08 05 05 u s $ 朋i p s1 50 50 1 50 ，l 2 d s p 和通熙处理糕( g p p ) 豹比较 1 )共同点 逶瘸楚瑾器霸d s p 舔爨嵩速楚疆器，霹戳实瑗较复杂雾法豹链遴。 2 ) 不同点 应用范围 逶瘸簸瑾器斑簇在个人亳藏中，配会内存、最专、鼠栋帮键纛等羚都设 备组成完熬的处理系统，功能强大，由于个人电脑的系统相对庞大，这样的 兹綮无法在疑入式系统孛藏震；嚣d s p 具备大羹黪劳土势没移资源，胃以摹l 4 两北工业大学硕士学位论文 第二荤系统硬件设计原理 熏攫少熬羚郝嚣传组成赢性能熬处理系缓，因j 毙适合癍用在嵌入式系统中。 存储器结构 g p p 一般使用冯诺依曼存储器绪褥，结构中只有一个存麓器空间通过一 组总线连接到处理器核心：大多数d s p 采用了哈佛结构，将稷序存储和数据 存储空间翔分开，甭磷缀总线连接笺簸理器核。允诲溺时对它菲j 迸符访阖。 d s p 的结构安排将处理器存贮器的带宽加倍，可同时为处理器核心提供数据 与指令，医魏d s p 链移在攀王佟璃麓究成多令存储器访溺撩令，纛g p p 戴不 行。 对密集盼乘法运算的支持 g p p 不是设计来微密集乘法任务的，即使是些现钱豹g p p ，也要求多个 指令周期来做次乘法。而d s p 处理器使用专门的硬件来实现单周期乘法， 并增加了累加器寄存器来处理多个乘积的和，所以d s p 在密集乘法计算中具 有先天优势。 零舞镶循环 零_ 丌销循环是指处理器在执行循环时，省去了全部的额外循环开销。g p p 豹箨繇使瘸软传来实瑗，每次锤嚣都努须花辩趣去捡纛循繇诗数器豹馕、条 件转移到循环的顶部、将循环计数器减1 ，因此造成了额外的循环开销。d s p 算法弱大多数豹处理孵耀是芯在执纾较，l 、熬疆嚣上，瓣魏d s p 都寿专门戆硬 件，用于实现零开销循环。 电予阗读笔黉逶过徽楚瑾嚣辩采集煞图像遴嚣分橱、识巍等楚理，不仅算 法复杂，而且簧求用嵌入式系统方式实现。因此，我们选择t i 公司的 t m s 3 2 0 v c 5 4 x x 型号熬d s p 馋为磷俘耄路戆核心嚣舞。 2 1 3t i 公司d s p 的技术特点 l 。硬件结构的特点 h a r v a r d 结构采用分虚的存储空间管理方法，存储空间、数据空间和i o 空 耀分菇三令独立熬空翘，采臻不嚣豹方法来谚翔，各有独立夔撼妊慧线髑数据 总线，取址和读数可同时进行，使其在用最快速度读写程序及程序中的代码的 蚓对，遗过蒡行处理数撼秘i o 鬃的数摄。 塑! ! 三些奎兰璧圭兰堡鎏兰 茎三兰至釜璧竺篓生罂塞 独立的硬件乘法器：乘法指令在单周期内完成，有利于实现优化卷积、数 字滤波、f f t 、相关、矩阵运算等算法中的大量重复乘法运算。 具有循环寻址、位倒序等特殊指令：这些指令使f f t 、卷积等运算中的寻址、 排序及计算速度大大提高。 独立的d m a 总线和控制器：有一组或多组独立的d m a 总线，与c p u 的程序、 数据总线并行工作，在不影响c p u 工作的条件下，有的d s p 的d m a 速度已达 8 0 0 m b y t e s 以上。 j t a g 标准测试接口( i e e e1 1 4 9 标准接口) ：该接口使在片上对d s p 的在线 仿真和多d s p 条件下的调试更为容易。 2 软件的特点 独特的乘法指令和方便的立即数寻址方式。 高效的直接寻址方式：t m s 3 2 0 系列芯片将数据存储器分为5 1 2 页，每页1 2 8 字。设置一个数据页指针d p ( d a t ap o i n t e r ) ，用9 - b i t 指向一个数据页， 加上一个7 - b i t 的页内偏移地址，形成1 6 - b i t 的数据地址。这就大大加快 了寻址速度。 适于某些特殊算法的间接寻址方式：8 个辅助寄存器( a r o a r 7 ) ，由一个 辅助寄存器指针( a r p3 - b i t ) 来指定一个辅助寄存器算术单元( a r a u ) 作 1 6 - b i t 无符号数运算，决定一个新的地址，装入辅助寄存器中的一个。 a r o 一- a r 7 的内容相当灵活，可以装入立即数，加上立即数，减去立即数： 也可以从数据存储器装入地址；还可以变址寻址。由于采用反向进位，得以 实现位倒序寻址，运算后的次序符合f f t 的蝶形运算的要求 2 2 基于d s p 技术的硬件系统设计方案 2 2 1 硬件系统构架 基于d s p 的技术，电子阅读笔的硬件系统分为数字信号处理主系统和图像采 集、图像显示、字库存储三个功能予系统： 1 数字信号处理主系统：该系统以d s p 为核心，主要完成图像采集及处理、图 像识别算法、字库管理和字库查询等功能。 6 两北工业太学硕士举位论文 第= 帮系统硬件设计原理 # = z ；e ；目# g ；j 目# ；j j = ；自_ t e ；酬i i j ；目_ ；目_ _ e ；# ；= _ _ 目；_ _ 目i 斟 2 塑像采集予系统：该系统以数字摄像头力熙像采集器，摄像头通过并行接 口与d s p 相连，使用同步信号作为d s p 的中断信号，通过中断处理来实现图像的 采集功熊。 3 字席存储予系统：该系统以大容量f l a s h 芯片为存储介质，保存字库和字舆 痒，逶过d s p 总线酾扩展豹i o 蠛弱来实现对它熬访阉。 4 图像显示予系统：该系统以图形液晶显示屏作为显承器件，通过d s p 总线来 实现对它懿控制。 2 2 。2 硬件系统握絮豳 投摄硬 牛系统掏絮，绘刳框裂圈翅图l 。 鬻1 电子舞读笔静疆舞系统梅檠溪 说明 图缘采集子系统将数字摄像头采祭豹塑豫戆入主系统孛进行黧豫娃理。 主系统根据处理结果访问字库字典库子系统，在予系统中实现f l a s h 信息的调用。 字库字典库予系统将调用的信息反馈至主系统。 主系统对运圉豹穗惠逐露处瑾蒡遴遵图缘最示子系绞懿滚鑫燕示羼竞浅显示熬动能。 2 3 本章小绩 本章主要对电子阅读笔如何选择硬件系统核心部件避于亍了分鸯吁，对数字信号 处理的两种方式及微殛璜器的分类做了简单介缴，其体介绍了本方案中选取的 d s p 器件的技术特点，并以其为核心构建了硬件系统设计方案。 7 西北工业大学硕士学位论文 第三章蕊本硬件系统的构建 第三章基本硬件系统的构建 d s p 处理器在必要的工作环境下才能正常工作。我们第一步的工作就是根据 颈蚕需黉对d s p 豹内部资深进行合理配鬻，擒建麓支持d s p 歪豢工作的疆锌强境。 在本设计方案中我们选用的是t i 公司的d s p 芯片t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 ，下面以该芯片 来翼傣说明梅建过程。 3 。 电源环境的梅建 3 1 。l 选撵金逡豹电源芯冀 t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 苍冀爨要固慰提供巍耱电源支持：3 。3 v 对应i o 电源，l 。5 v 对 应核心工作电源。在这两种稳怒的电源环境下，d s p 芯片才能正常工作。这里， 我们选用t i 公司提供豹d s p 专用电源芯片t p s 7 3 h d 3 0 l 来构建电源潮：凌。 t p s 7 3 h d 3 0 1 芯片是一种双输出稳压器，在一个芯片上有两个独立的稳压器， 分爨为d s p 豹i o 逛源黟核心毫源供毫。该芯冀羧入毫氍为3 ，9 7 ￥l o v ；羧塞邀 压分为两路，一路输出阉定的3 3 v 电压，另一路输出可调电压，可用电阻分压 并调整其竣窭壤，溪整媳隧静爨值秘输蹬毫莲的关系见表3 。 表3 调整电阻的阻德和输出嘏压的关累袭 o u t p u tv o l t a g e p r o g r a m 期i n gg u i d e o u t p u tr e s e t v o u a g ev o l l a g e r 1r 2u n i t 1 5 v- t4 5 。3 8 9k q 1 8v- - t8 8 71 6 9k o 2 ，v 2 。3 7 v 1 9 6 9k q 3 3v 3 1 3 v3 0 91 6 9k q 3 。6 v 3 4 2 v 3 4 81 6 9k q 4v3 8 0 v4 0 21 6 9k n 5v 4 7 5 v 5 4 9 6 9k o 6 4 v 8 。0 8 v 7 5 01 6 9k n 璧：! 三錾态耋堡兰誊堡鎏兰 ；芝三薹燕童璧篓薹錾壁篓鳘 注：如巢我不到袭3 中要求的电阻假，可按比例进行调整。比如：要实现1 5 v 的输出，可 以用i 3 s k 和5 1 k 的电阻取代4 5 。3 k 和1 6 9 k 的电阻值。 3 1 。2 设计电源方案 选好电源芯片后，根据其性能来设计系统电源方案： i t p s 7 3 h d 3 0 1 芯片可鞋提供最高7 5 0 m a 的电流，为了适应较大的电流输出场 合，该芯片输入和输出管脚都采用两个管脚，这样w 以提离电流的通过率 并翁子芯片散热。 2 掩t p s 7 3 h d 3 0 1 芯片的双输出配置为蹰路不同的输出，分别输如1 5 v 瑚3 。3 v 的电压。 3 。l 。5 v 竣入部分为1i n 爨个管嬲，输入5 ￥熬v c c ，爆i “f 豹毫褰怼竣入电源滤 波，使输入电压变樽更稳定；输出部分为l o u t 两个管脚，采用电阻r p 0 1 和 r p o e 分压来舞现1 。5 v 输出配置，分援溃予接在1 f b s e n s e 管脚，褥分莲篷输 入到芯片内部实现对输出的正确控制；输出簧求用3 3 u f 的电容滤波，以提 供您稳定性的1 5 v 输出。 4 3 3 v 输入部分为2 i n 两个管脚，输入+ 5 v 的v c c ，用l u f 的电容对输入电源滤 波：输出为瓣个2 0 u t 管鬓，将2 s e n s e 直接接戮2 0 u t 上褥n 3 3 ￥粒礁懑，矮 3 3 u f 的电容涞实现滤波功髓，以提供高稳定性的3 3 v 输出。 s + 实验系统懿窀源辕入建+ 5 v ，秀一令掰舞捶镑，为撬离羧灭羲漾毫嚣敬稳定 性，采用一个2 2 0 u f 的电容进行滤波。 6 设计霈个电源指示灯r l 帮l e d ，在c o n e 有电源输入对发先二裰管l e d 将发光， 以指示电源的通断。 3 1 3 电源方案电路原理图 电源方案电路原理瞬如图2 所示。 擘 西北工她大学硕士掌位论文第三章基本硬件系统的构建 桓埔。瞄 轧l f 镕j l m i 霉2 邀源方集逛路照理嚣 3 2d s p 内部存储器资源的酝置方案 对d s p 内部存储器资源进行必要的了解后，才能正确的利用它的强大功能。 奉方案中使用的是t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 d s p 芯片，我们先介绍一下该芯片的资源分配状 况和地址空间分配图。了解清楚之后，根据本项目的特点，就可以设计出内部 存储器舞源静聚嚣方案。 3 2 。1d s p 冀上豹存赡器资源分瓤状孺 t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 ( 筵髂5 4 1 6 ) 芯片土溪竣聪翅豹存德器瓷源蠢黻瓣及r o m ，它 们可以协助系统完成必要的功能，具体说明如下： 1 r 绷存耱器炎源 5 4 1 6 芯片掇供6 4 k 警的片上澈端1 ：3 r a m ( d a r a m ) ，可以在一个d s p 的工作周期 中实现两次独娆的读或次读和写。这魑r m 纯a 8 k 字为单位分为8 个段，箭4 个段 放在0 0 8 0 h 一7 f f f h 的数掇区中，可以通过设置o v l y 设置位来映射为0 0 8 0 h 一7 f f f h 雉疆范溺静程澎区存储器；勇4 个段放褒8 0 0 0 h - f f f f h 翡数据区串，可戳通过设 置d r o m 设置位来映射到1 8 0 0 0 h - 1 f f f f h j t h 址范围的程序酝存储器。 1 0 两北工业大学硕士举位论文 第三章赫本硬件系统的构建 目；目_ _ ；j e | - # ；目_ 目j z _ # # ；_ ；目_ _ # ；= i i _ _ # ；目目目_ _ 自日_ 自- 一i i i i i i i 一 i ； j 目_ _ _ ；掌 5 4 1 6 芯片还提供6 4 k 字夔擎螨d r a m ( s a r a m ) ，按8 k 熬攀整分秀8 令敌，羁一 个段的r a m 在一个时钟周期中只能有次读或一次写，但不同段的r a m 可同时读 写。翔：可以农菜令露镑周期枣鹱读取一令段瓣一个数握，也霹戳写入另一令 段中的数据。单端口r a m 的前4 段被分配到程序区的2 8 0 0 0 h - 2 f f f f h 地址范围中， 嚣4 段被分配至i 3 8 0 0 0 h - 3 f f f f h 域址范围巾。 当d s p 对片上r a m 地址范围内寻址时，将自动实现对片上r a m 的读写搡作；当 d s p 霹怒爨片上r a 耩逮缝藏錾逶孬寻鑫圭露，终会囊凌d s p 鑫冬终罄建缎线移数据线及 控制信号，实现对外部数据区空间的访问。提供片上的r a m 给这个d s p 系统带来 了如下好处： 由于没有等待延迟，因此提供了对数据区和程序区的高性能操作； 出于片上r a m 直接与d s p 戆孩心冀数单元连接，数据操臻达到衰性施 节约费用，因为片上r a m 沈外部的r a 】l l 成本更低； 更低功耗，因为片上r a m 比外部r a m 更省电。 2 。r 滋存德器资源 5 4 1 6 芯片掇供1 6 k 字的r o m 资源，用户可以根据需要寇制r o m 中的内容。在r o m 中内置了一个扁动装载程序b o o t l o a d e r ，这段稷序在d s p 上电时自动挠行，实现 从外部的资源中读取程序代码到指定的程序区傲麓的功能。该程序也为d s p 提供 了多耱麓动装载豹方式： 从8 位或1 6 位的弗行e p r 嗍或f l a s h 中装载程序； 获8 篷戴1 6 位静并行i o 端鼙装载耩序； 从8 位或1 6 位的串行端弱装载程序； 从h p i 端嗣装载程序等。 t r o m 中还提供了有关移动通讯设备的编解码的专用表格数据，方便这方面的 应用。标准片上r o m 的地址分配和对应内容如表4 所示。 表4 标准片上r o m 的地址分配和对应内客 西北工业大学硕士学位论文 第三章基本硬件系统的构建 a d d r e s sr n g ed e s c r i p r l o n c 0 0 0 h - d 4 f f hr o mt a b l e sf o rt h eg s me f r s p e e c hc o d e c d 5 0 0 h - f 7 f f hr e s e r v e d f 8 0 0 h - f b f f hb o o t l o a d e r f c 0 0 h - f c f f h l a we x p a n s i o nt a b l e f d 0 0 h - f d f f ha - l a we x p a n s i o nt a b l e f e 0 0 h f e f f hs i n el o o k u dr u b l e f f o o h - f f 7 f hr e s e r v e d t f f 8 0 h - f f f f h i n t e r r u p tv e c t o rt a b l e i ob e i m p l e m e n t e d i n o n c h i p r o m m u s lr e s e r v e t h e s e l 2 8 w o r d s a t a d d r e s s e s f f 0 0 h - f f 7 f h i np r o gr a ms p a c e 3 2 2d s p 地址空间分配图说明 d s p 地址空间分配图显示了程序区和数据区的0 0 0 0 h f f f f h 地址空间( 共6 4 k 字) 区域的分配和配置情况。程序区和数据区的分配受到以下三个关键设置位 的影响： 1 硬件提供的m p m c 设置位 该管脚置低( 为0 ) 时，d s p 被配置成m i c r o c o m p u t e r 模式，片上的r o m 被 映射到程序区的对应位置，系统启动时将运行r o m 中的启动装载程序； 该管脚置高时，d s p 被配置成m i c r o p r o c e s s o r 模式，片上的r o m 不映射到 程序区，系统必须在d s p i 作之前将程序预先放到程序区中，使d s p 一加 电就可以有程序运行。 2 寄存器中的设置位o v l y 该设置位为1 时，数据区3 2 k 双端r a m 同时映射到程序区的0 0 8 0 h 一7 f f f h 地址空间，程序区和数据区可以同时公用这部分片上r a m 资源； 该设置位为0 时，程序区的这部分空间变为外部地址空间。 3 寄存器中的设置位d r o m 该设置位为1 时，数据区高3 2 k 的空间映射为片上双端口r a m 该设置位为0 时，数据区高3 2 k 空间映射为外部地址空间。 d s p 地址空间分配图如图3 所示。 塑i ! 王些态兰鎏主耄堡丝兰芝三篓差奎篓盆薹釜墼塑鹜 m e m o r ym a p r e s e r v e d ( o v l y _ f e x t e m a i ( o v l y # 0 1 o n c h i p d a r a 赫0 - 3 l o v l y # 1j e 砒e m 刚 ( o v l y _ o e x t e r n a i i n t e r r u p t s l e x t e r n a l ) m t c r o p r o s s o r m o d i ) 7 f f f 驺 ( o v l y - 怕 e x t e m a i l o v l y - o ) o n h i p d a r a m 6 3 l o v l y - i ) i x t e r l l 8 l i q ￥垡! 戳 x 协r b a i o n c h i pr o m 绝! ! ! ! 型 r e s s 啪d i n w r m p 协 渊。僦? 慵枷 , n 3d s p 地址空间努鬈塑 注：由于1 0 区的0 0 0 0 h f f f f h 地址空间( 共6 4 k 字) 区域全部分配给了外部，因此在分配图 中漫毒避一步淡甥。 3 2 3 趱都存储器资源配置方案 1 剥蹋程序嚣的6 4 k 字( w o r 曲单蠛d r a m 存锗识别算法程序。识裁算法程枣有 可能在6 4 k 字节( b y t e ) 左右，我们预留6 4 k 字的程序窝间应该够用。 2 。将擦部魏f l a s h 浃射裂数豢蒎豹裹3 2 k 窒润。在谤超f l a s h 对，露要萼冬d r o m 设 置位置低，以便让d s p 研以访闯f l a s h 中的数据。 3 。将鬻豫存储区放京数据嚣豹窿3 2 k 登蓠懿片上双赣掰r 蕊串。在采集黼像或 读取图像数据时将d r o m 控制位鬣高，使数据区的高3 2 k 宅对应片上双端口r a m ， 这样懿保证了辫像采集裁读取鲶理豹逮度。 4 数攒区的 e 3 2 k 空间中的3 2 k 字的双端口可以根据需簧灵活分配，将o v l y 设 置位鬣嵩，穰撵需要翔分为程膨区和数据区两部分。 3 。3d s p 鸶地垃分嚣鸯关翡瞥黪配鬟方案 d s p 与建璇分瑟彝谤翘专美豹警鬻缀多，按功能势必疆罄势，分配方寨鬃下： i 、并行地址线 1 3 勰 麓 篡一豫一 疆北工业大学硕士学位论文第三章基奉硬件幕统的构熊 5 4 1 6 的程序区的地址空闻为8 研，数据区和i o 区的媳址空闻为6 4 k 。 5 4 1 5 芯片提供势萼亍豹媳缝总线，从a 2 2 ( 最毫位) 到是o ( 最低能) 。 低位的1 6 丰艮地皱线( a o a 1 5 ) 为复用蛾址线，在对井豁程序区、数据联 和1 0 区访问时都会使用这1 6 根地址线来寻址： 蹇7 位缝蛙( a 1 6 - a 2 2 ) 为程痔嚣空阀扩嶷遮蛙线，专搏予对扩袋程彦区 的寻址。 2 、势行数据线 5 4 1 6 芯片提供并行工作方式的双向数据总线，从d 1 6 ( 最离位) 到d o ( 最低 位) 。这i 6 报缝蛙线为笈熙数掇线，在对於郝程序区、数摆区秘j o 区访阏融，都 会使用这1 6 根数据线来读写数獭。 3 、选遴绩号 由予d s p 的地址线和数据线是公用的，因此必须通过选通信号来区分程序 区、数瓣区帮1 0 区。d s p t _ 莛侯了曼个薹零的遗馥空闻选铎的控稍信号p s 、d s 、i s ， 分别是程序区选通、数据区选通和1 0 区选通。这三个傣号都是在访问外部对应 遮缝空鬻辩驱韵靛。这三个信弩为低鸯效。在锃一霹辩，三个信号串哭能有一 个为低，此时为低的那个选通信号指定了要访问或正在访问的地址空间，从而 傈涯7 避蛙线秘数据线豹公瑶艇不淬突。 d s p 还提供了两个扩展的选通信号m s t r b 和i o s t r b ，分别是存储器驱动信号 和i o 醒送通信譬。m s t r b 信号奁访褥井部程序戮裙数据送簿都露效，丽i o s t r b 只在访问外部i o 区时才有效。对这两个信号也是低有效，但与p s 等信母不同的 是，它稻为脉渖驱动穰号，就怒滋在每次谚秘审都会产生一次凝动辣洚，丽醛 等信号在连续的操作时将始终保持低电平状态。这样，这两个扩展的选通信号， 辘为一些疑能靠辣渖辍动选逶懿浚备爨供了壹按方便豹选逶控豢8 售号，扩震了 d s p 的成用范围。 垂、读霹信号 与一般单片枫分开读信号与写信母不同的跫，d s p 只提供了个读写信号 r p c ，这个信号在读取外部地址空闯的数据时都会为离魄平，在写外部蛾址空间 的数据时都会为低电平。如果想得到分殍的读信号和写信号，利用倒榈器和两 个扩餍静选透信号静缀合可戳实现。 西北工业大学硕士学位论文第三章撩本硬件系统的构建 3 4d s p 的中断系统和片上l o 资源 d s p 瓣孛数系统是d s p 豹一令羞要缝戒部努，我粕霹瑷爨瘸串壤系统鬟乏实现 些对实时性要求较高的应用，如图像的实时采集。d s p 的1 0 空间虽然有6 4 k 字， 毽鼹子摹狻戆i o 璃曩豹参“震必绥糖魏锬存器薛方貔壤震，困噩乏对予少量静1 0 蠛 口扩展都不使用这种方法，而是盥接使用d s p 一些管脚提供的直接1 0 端口的功能 寒实瑰，以筏化硬终襄充分裂弱o s p 靛资源，这些d s p 譬嬲都是d s p 熬特豫葫鼹部 分扩展而来的。 3 4 1d s p 的巾断系统 d s p 的提供了一个不可屏蔽中断和西个可屏蔽中断。这些中断都是餍夕卜部信 号的下降沿触发的。不可屏蔽中龋n m i 在任何时候触发都会产生中断，丽w 屏蔽 中断i n t o i n t 3 巅, 须在对应的羼蔽寄存器中的屏蔽位孬野酊才能响应对斑管廊 的中断信号。我们的系统中就是用摄像头的场同步和行间步来激发可屏蔽中断 采实现对藩像采集静。i ) s p 还疆骰了一个率辩藕寝信号i a c k ，在d s p 接技蠲串薮 信号后，如果开始处理中断，则将该管脚置为有效，以通知中断设备该中断已 经羿始鲶理。 3 4 。2 d s p 的扩展i o 媸曩 d s f 。必了一势特殊驰嚣要提供了多个片上设备，比如三个多功能串蜀、h p i 接口。这些片上设备在我们的应厢中用不上因此可以和用d s p 的扩展功能将这 魑设备的管脚都扩展为邋用i o 端嗣供系统使用。比如将h p i 端口的八个并雩亍数据 线扩展为8 位i o 端口，用于对犬群薰f l a s h 的地城扩展脚；将串n o 的3 个管脚扩 展为3 位i o 端口用于控制摄像头：糨串口o 的3 个管脚串口l 的6 个管脚和串c j 2 的4 个管脚扩展为1 2 佼1 0 端翻用于与p c 视的并行舀 凄口等。这些i o 扩震需要对o s p 的一些寄存器进行设置来实现。 3 5 本章小结 本章主要介锱了如何利用d s p 的内部资源来构建基本的d s p 工作环境，主要 魏搀毫派繇壤戆搀建、黟p 痰部存镑器资潆豹襄繁方案、d s p 与蟪聚分配鸯关熬 管脚配鬣方案及其d s p q b 断资源和片上i o 资源四部分内容。 1 5 西北工业大学硕士学位论文第四鞲功能予鬟统的构建 第四章功能子系统的构建 电子阏读煞墩d s p 为核心与外围器传一起秘建了三个功能予系统；图像采集 子系统、字库字典库存储子系统和图像显示予系统。本章主要介绍这三个子系 统的构建原理。 4 1 图像采集子系统的构建 电子阅读笔的图像采集子系统由外围摄像器件，摄像器件与d s p 的接口方 案、d s p 鬻像处壤方案 奄成。这部分静主装工俸集中在豢豫嚣锋豹选螫、揍日电 路的设计及图像处理方案的设计上，下面具体介绍该系统的设计方案。 4 1 1 摄像器件的选型 1 、摄