（电路与系统专业论文）高速图像信息检测技术的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 中文摘要 本文针对目前急需解决的高速图像信息检测问题，提出了 系统框图和总特构想，并将该系统的研究工作分成多方面，文 中对系统中的若干方面进行了或深或浅的研究，并在文末列出 了以后需要继续深入进行的工作。 一 f ，整个系统可以分成硬件和软件两方面。硬件包括数码相 机、b s pt m s 3 2 0 c 5 4 2 0 、p c i 总线接口、p c 机等部分构成。 软件由数码相机控制软件、j p e g 解压缩算法、图像预处理、 模式识别等几部分。 ( 1 ) 数码相机：采用美国柯达公司的k o d a kd c 2 8 0 ，分 辨率2 1 0 万像素，拍摄质量两级可选。 ( 2 ) d s pt m s 3 2 0 c 5 4 2 0 ：美国t i 公司的专用数字信号处 理芯片，具有双c p u 核，在程序控制下，可以实现核对核之 间的通信。指令周期1 0 n s ，d a r a m3 2 k ，s a r a m1 6 8 k ，含有加 强1 6 位h p i 接口，相关其他方面性能也很好。 ( 3 ) p c i 总线接口部分：主要芯片为t i 公司的专用p c i 总线接口芯片p c i 2 0 4 0 ，符合p c i 局部总线2 2 规范。p c i 2 0 4 0 可以接口8 位t m s 3 2 0 c 5 4 x h p i 接口，或者1 6 位t m s 3 2 0 c 6 x h p i 接口。可同时最多连接4 片d s p 。 ( 4 ) 数码相机控制程序：利用数码相机网站上提供的s d k 资源开发。s d k 的基础是由国际图像委员会制定的p i m a 1 5 7 4 0 ：2 0 0 0 标准，即p t p 协议。这一协议规定了静止图像设备 通过u s b 口、i e e l 3 9 4 、串口及互连网与p c 机传输图片的一些 相关方面。s d k 开发套件一般由头文件( h ) 库文件( 1 i b ) 和动态连接库文件( d 1 1 ) 组成。 ( 5 ) j p e g 解压缩算法：根据c i t t r e c o m m e n d a t i o nt 8 l 建议将数码相机传来的j p e g 图像文件解压缩成y u v 形式。此 解压缩算法在p c 机上和d s p 分别实验。 ( 6 ) 图像检测部分：包括图像预处理和图像识别部分。 大多数图像在进行图像分析之前的首要工作是预处理，以消除 图像中的噪声及可能存在的运动模糊。图像预处理后在进行分 割、测量后最终送给图像识别器完成识别工作，羌送出识别结 果，这样就完成了一个比较完整的识别过程。 关键词： 高速图像数码相机d s p j p e g 图像预处理信息检测 j a b s t r a c t i nt h i s p a p e r , io f f e ras y s t e ms t r u c t u r et ot h e p r e s e n th i g h s p e e qi m a g ed e t e c t i o np r o b l e m t h ew h o l et a s ki s d i v i d e di n t o m a n yp a r t s i nt h ep a p e r ，ih a sd o n em o r eo rl e s sr e s e a r c hw o r k t o t h e s cp a r t s a n di nt h el a s t ，t h ep a p e r l i s t st h ew o r kt h a ti sn e e d e d t od oi nt h ef u t u r e t h ew h o l es y s t e mc o m p r i s e so f h a r d w a r ea n ds o f t w a r e t h e h a r d w a r ec o m p r i s e so f d s gd i g i t a lc a m e r a ，p c ，p c ib u sa n ds o o n - t h es o f t w a r e c o m p r i s e so fc o n t r o l l i n g p r o g r a mf o rd i g i t a l 。a m e 。a ，j p e gd e c o d e a r i t h m e t i c ，t h e i m a g ep r e t r a n s a c t i o n m o d u l e r e c o g n i t i o na n ds oo n ( 1 ) d i g i t a lc a m e r a ：k o d a kd c 2 8 0 t h r e ek i n d so f p h o t oq u a l i t y 2 1 m p i x e l s ( 2 ) d s pt m s 3 2 0 c 5 4 2 0 ：i th a s t w oc p uc o r e w h i c hi s p r o d u c e db yt ic o m p a n y i n s t r u c t i o nc i r c l ei s10 n s d a r a m q u a n t i t y i s 3 2 k ，s a r a mq u a n t i t yi s16 8 k a 1 s oi t h a sa i6 - b i te n h a n c e dh p i i n t e r f a c e ( 3 ) p c ib u s ：t h em a i ni ci sp c i2 0 4 0w h i c hi s t i ，sd r o d u c t p c i 2 0 4 0 m a yi n t e r f a c e w i t h8 - b i t t m s 3 2 0 c 5 4 xh p io r 16 - b i tt m s 3 2 0 c 6 x h p i ( 4 ) d i g i t a l c a m e r a a p p l i c a t i o n p r o g r a m ：t h e p r o g r a m i s d e v e l o p e dt h r o u g ht h et o o l ss d k t h es d k c o m p r i s e so f h e a d e r ，l i ba n dd l lf i l e ( 5 ) j p e gd e c o d e a r i t h m e t i c ：t h er e f e r e n c e f i l e i sc c i t t 4 r e c o m m e n d a t i o nt 81 ( 6 ) i m a g ed e t e c t i o n ：t h ep a r tc o m p r i s e so fi m a g ep r e t r a c t i o n a n di m a g er e c o g n i t i o n aw h o l em o d u l er e c o g n i t i o nc o u r s e i n c l u d e si m a g ec u t t i n g ，i m a g em e a s u r i n ga n dc l a s s i f i c a t i o n k e y w o r d s ： h i g hs p e e di m a g ed i g i t a l c a m e r ad s pj p e g 。 p r e t r a c t i o ni n f o r m a t i o nd e t e c t i o n 前言 现今各行业管理和生产的自动化水平大大提高，各种控制 理论日渐成熟。并在生产中得到了广泛的应用。图像信息检测 属于计算机视觉的范畴。而计算机视觉就是用机器人代替人的 眼睛和大脑，对客观世界进行视觉感知和解释。众所周知，视 觉对于人类来说是最有用的，但也是最复杂的一种感知周围环 境的手段。随着科学技术的日益发展，计算机视觉的应用范围 正在不断扩大，例如具有视觉反馈的机器人可以代替人完成各 种复杂的任务，包括工业产品的自动装配、焊接和检验；生物 医学中x 光照片的自动诊断；遥感照片的自动解释：各种自制 车辆的导航以及军事应用等。高速实时图像信息检测可以说是 计算机视觉领域中的一个小分支。生产生活中的诸多方面需要 高速图像信息检测如：彩色印刷、军事中的快速目标定位、交 通运输中的快速行使汽车车架型号的识别、高速探伤等。但由 于高速运动图像在单位时间内包含有巨大的信息量，加上周边 环境的影响及运动对象的随意性很大，因此高速图像信息检测 问题成为生产与应用自动化水平进一步提高的瓶颈，另一方面 也正说明这一领域的研究有巨大的理论和实用价值。本论文主 要研究的是高速图像信息检测系统中的系统框架以及其中若 干细节方面的研究。 山东大学硕士学位论文 第一章所在领域常用技术及发展现状 这些年来，电子计算机及外设得到了飞速的发展，图像处 理学中各种理论交相辉映，在这过程中一些较新理论比如数学 形态学分析理论、小波变换理论也相继出现和成熟。这些都为 解决图像检测和高速图像检测问题提供了硬件和软件两方面 的可行性。 1 、硬件方面：大家都知道，作为图像处理重要工具的数字 计算机的性能近年来得到了快速发展，例如主频超过2 2 g 的 p e n t i u m l v 处理器已经出现，并开始普及。高速大容量存储媒 介比如几十g 的大硬盘到处可见。高速高精度数码采样设备和 处理设备如数码相机和d s p 板出现并广泛应用。另外新型不 同类别的数字化仪器设备的诞生、闭环自动控制理论的融合以 及目前各种测控软件包和检测控制输出设备的纷纷出现，这些 都使得运用和改良成熟的数字处理与模式识别的算法，对超高 速运动图像进行实时高精度处理与模式识别成为可能。 2 、软件技术方面。国内外图像处理领域种的基础原理与 应用技术在进入2 0 世纪9 0 年代后呈现了爆炸式的发展，在这 个过程中像离散图像变换，小波变换、图像压缩与复原、图像 分割、物体测量、分类与估计等处理原理与方法均有不断的发 展，其应用也是十分广泛，如利用自然背景和人造目标在分形 特征上的固有差异为依据进行的坦克目标的识别、小波分析为 技术的图像显示与分析系统、图像纹理的分类及分割等等。 在应用研究方面：国外已广泛将这方面技术应用于工业、医 学、军事、智能机器人等领域，例如：n i 公司开发的i m a q ：= 些垒望些垒塑垄= ：一 视觉处理软件，以及l a b v i e w 软件为严品升友利科孜威米蒋 化提供了快速简易的途径。但真正应用的参考资料还是比较 少。国内这方面的应用稍迟一点，但正在逐步发展中，很多理 论也都应用于实际过程中。如医学上病毒图像在计算机上的快 速判定、邮政局信件快速分拣系统、交通流量的快速检测等。 山东大学硕士学位论文 第二章系统概述 高速运动彩色图像由于在单位时间内包含有巨大的信息 量，加上周边环境的影响及运动对象的随意性很大，所以用一 般硬件设备的常规数字图像处理及模式识别方法很难满足实 时高速、高精度的要求。考虑到目前数字信号处理领域中软硬 件方面提供的资源，我们设想现在一方面计算机微处理器的速 度达到2 g 以上，并且微机有速度快、界面友好，易操作的特 点，另一方面信号处理器芯片即d s p 芯片有处理数字信号专长 的优点，因此我们可以综合利用二者的优点，结合高端p c i 总 线，引入一种流水线时的并行计算机处理系统，来解决提出的 问题。作为高速图像处理应用的一般系统框图，我们设计如图1 ： 物 象 时采集器 时采集器2 u s b 接口 原 l 协割 ij 处理ii 测量 p c i 总线 环伺服执行机i 叫开关量板和d a 板h p e n t i u mi v 9 分类 估计 型巴 ( 图2 1 ) 毒 一、系统一些方面的简略介绍 1 、图像采集部分简介 为了满足高速运动图像的实时跟踪和采集，我们引进并行 计算机采集结构，即图像采集部分选用双采集器，高分辨率采 集器影像分辨率可达到1 5 3 6 1 0 2 4 像素，实时采集器分辨率为 5 0 0 线c c t v 。 由于需要将光学信号转换为电信号，再将模拟电信号转换 为数字信号，通常对于图像都会产生一定的失真，因此在采集 图像这个环节中要让失真尽可能小，选用的方法也需慎重。为 了保证对物象采集既有较高的采集分辨率，又有很高的处理速 度和识别速度，我们采用两套采集路线一路通过数码相机，直 接通过微机的高速u s b 口送给处理器，另路通过c c d 摄像头 完成a d 转换，送给快速d s p 板。数码相机又称静像摄像机， 相对于摄像头有较高的分辨率，目前分辨率可以达到7 0 0 万像 素( 照像胶片可达1 0 0 0 2 0 0 0 万像素) ，但应用场合多集中在 静止图像或低速运动图像领域。而c c d 摄像头对于高速运动图 像具有快速的扑捉能力，但具有较低的分辨力，所以引进这一 并行计算机采集结构，即可以充分利用计算机的高速运算能力， 又可以将两种采集方式相互补充，充分发挥各自的优点。 2 、图像处理部分 图像处理部分也由两部分组成。一部分由d s p 板组成，对 图像进行预处理、分割测量、压缩等，然后通过p c i 总线送给 微处理器。另一部分真接由c p u 处理。 3 、d s p 芯片 d s p 芯片部分我们采用t i 公司的t m s 3 2 0 v c 5 4 2 0 ，后面有 具体介绍。 山东大学硕士学位论文 二、本论文实验时涉及的系统框图 ( 图2 2 ：实验系统框图) 实时采集器采用k o d a kd c 2 8 0 相机，其分辨率有两种可选。 一种为1 8 0 0 * 1 2 0 0 = 2 1 6 m ，另一种为6 4 0 * 4 8 0 = 0 3 1 m 。 从数码相机出来的图片为j p e g 格式。这样在图片送到处 理器解压缩之后，再将图像信息通过高速p c i 总线传给d s p 芯 片，在d s p 芯片中完成j p e g 解压缩算法，预处理、( 有时由于 数码相机将图片已经预处理过，所以此步可以忽略) 、分割测 量，然后通过p c i 总线再将数据送回p i v 处理器，在p i v 处理 器中完成分类估计。 山东大学硕士学位论文 第三章硬件方面 第一节d s pt m s 3 2 0 c 5 4 x 介绍 t m s 3 2 0 c 5 4 x 是t i 公司为实现低功耗、高性能而专门设计 的定点d s p 芯片，其主要应用领域是信号处理与无线通信领域 等。目前5 4 x 中最贵( c 5 4 2 0 ) 的芯片几百元钱，而c 6 x 一般的 价格为2 0 0 0 元以上，综合起来看5 4 x 系列的性价比较高。所 以考虑到性价比，我们在设计系统时选用了c 5 4 x 中的双c p u 核芯片c 5 4 2 0 。 5 4 x 系列d s p 采用改进的哈佛结构，该结构有8 条总线， 使数据处理能力达到了最大限度。通过程序、数据空间的分离 可同时进行程序指令和数据的存取并提供了高度的并行性。此 外数据还可以在数据空间和程序空间进行传送。这种并行性还 、 支持一系列功能强劲的算术逻辑及位操作运算。所有这些运算 都可以在单个机器周期内完成。同时，5 4 x 还有包括终端管理、 重复操作及功能调用等在内的控制机制。 图3 - 1 - 1 为5 4 x 的内部功能框图 1 2 ：= ：= 些型冀型龚型婆= ：= ：= ：= 一 ( 图3 - 1 - 1 ：5 4 x 的内部功能框图) 一、总线结构 5 4 x 结构的建立主要围绕8 条1 6 位的总线展开的。这8 条总线包括4 条程序数据总线和4 条地址总线。他们的作用 是： ( 1 )程序总线( p b ) 传送由程序存储器取出的指令操 作码立即数。 ( 2 )3 条数据总线( c b 、d b 、e b ) 与不同的单元相连 ( 3 ) 4 条地址总线( p a b 、c a b 、d a b 、e a b ) 传送执行 指令所需地址。 1 1 些奎盔堂堡主堂堡垒塞 二。二二二。_ _ - - _ - _ - - - - - - - - - - - - _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 。一 二、内部存储器组织 5 4 x 的内部存储器可分为3 个独立的空间：程序、数据和 i 0 空间。在这些器件中有两类r a m ：双操作r a m ( d a r a m ) 和单 操作r a m ( s a r a m ) 。还有2 6 个c p u 寄存器和外围寄存器，他们 映射在数据储存空间。 三、中央处理单元( c p u ) 所有5 4 x 器件的c p u 都相同。c p u 包括 1 ) 4 0 位的算术逻辑单元( a l u ) ： 2 ) 2 个4 0 位的累加器； 3 ) 支持1 6 3 1 位移位的定标移位器； 4 ) 1 7 术1 7 位乘法器； 5 )4 0 位加法器； 6 )比较选择存贮单元( c s s u ) ： 7 )数据地址发生单元； 8 )程序地址发生单元； 9 )指数编码器： 四、数据寻址 5 4 提供了7 种基本的寻址方式： 1 ) 立即寻址指令本身给出操作数； 2 ) 绝对寻址指令给出操作数的地址： 3 ) 累加器寻址以累加器a 的内容作为程序存贮单元 中操作数的地址； 4 ) 直接寻址指令的低7 位译码为地址的低7 位， 这低7 位与数据页指针( d p ) 或栈 指针( s p ) 共同确定操作数实际存 贮器的地址： 5 )间接寻址利用辅助存贮器内容作为操作数的地址； 6 ) 存贮映射寄存器寻址利用存贮映射寄存器寻址，但不 改变当前的d p 值或s p 值； 7 ) 栈寻址用于系统堆栈操作。 当采用直接、间接、存储器映射寄存器寻址执行指令时，数据 地址发生逻辑( d a g e n ) 计算出数据存储器中操作数的地址。 五、程序寻址 5 4 x 器件中程序存储器的寻址通常要利用指令计数器 ( p c ) 。然而有些指令中的绝对寻址用于读取存储在程序存储 器中的常数。 六、流水线操作 在指令执行期间，指令流水线由一系列操作组成。5 4 x 流 水线分成6 个阶段：预取、取指令、译码、访问、读数据、执 行。在每个阶段执行一个独立的操作。因为这些操作相互独立， 所以同一周期内可有1 到6 条指令同时执行，每一指令出于不 同的阶段。 七、片内外设 所有c 5 4 x 的c p u 都相同，但与c p u 相连的外设不同。5 4 x 有以下片内配置选项。 1 ) 通用i o 脚( b i o 和x f ) ； 2 ) 软件可编程等待状态发生器 3 ) 存储体转换逻辑 4 ) 主机接口( h p i ) 5 ) 硬件定时器 6 ) 时钟发生器 7 ) 串行口 其中串行口随器件而异，但同步、缓冲、分时复用3 类串行口 较具代表性。同步串行口为高速全双工串行口，他可与编码器、 模数转换器等外部串行器件无缝连接。缓冲串行口( b s p ) 为 增强的同步串行口，具有自动缓冲单元，自动缓冲单元支持高 速发送器，并降低了服务中断开销。分时复用串行口( t d m ) 是增强的同步串行口，允许数据分时多路转换。即可配置为同 步操作，也可配置为t d m 操作。通常在采用多处理器时采用。 八、外部总线接口 5 4 x 数据存储器可寻址范围达6 4 k 字，程序存储器可达6 4 k 字，1 6 位i o 口也为6 4 k 字。访问外部存储器或i o 可通过外 部接口进行。可通过独立的空间选择信号d s 、p s 、i s 选择物 理上相互分离的这三个空间。 山东大学硕士学位论文 第二节利用p g i2 0 4 0 桥接d s p 与p oi 总线 p c i 局部总线标准由i n t e l 公司提出，而由外围部件联合 专门权益组织( p c i s i g ) 制定。目前p c i 总线已不再是一种局 部总线，而成为一种受欢迎的高端总线和现代总线。被广泛运 用于图形、图像、动画以及其他各种外设对高速数据传输的要 求。p c i 总线的总线宽度可以是3 2 位或6 4 位，最高工作频率 为3 3 m h z ，数据传输率可达到1 3 2 2 6 4 m b p s 。通用性强，低成 本，使用方便灵活。目前d s p 与p c i 总线的接口芯片目前也较 多。如c y p r e s s 公司的c y 7 c 0 9 4 4 9 、a n 3 4 0 2 ，p l x 公i 司的 p l x 9 0 5 0 、p l x 9 0 8 0 以及t i 公司专用芯片t 1 2 0 4 0 。相对于其 他公司的芯片而言，t 1 2 0 4 0 有实现容易，成本较低的优点。 一、p c i 2 0 4 0 芯介绍 ( 1 ) p c i 2 0 4 0 的基本特点 p c i 2 0 4 0 符合p c i 局部总线2 2 规范。p c i 2 0 4 0 可以无缝 接口8 位t m s 3 2 0 c 5 4 x h p i 接口，或者1 6 位t m s 3 2 0 c 6 xh p i 接 口。一片p c i 2 0 4 0 最多可连接4 片d s p 。同时p c i 2 0 4 0 提供了 一个串行r o m 接口。个通用输入输出接口，和一个通用总线 接口。p c i 2 0 4 0 能够兼容3 3 v 和5 v 信号环境。它只能作目标 设备，而不能作为主设备使用。 ( 2 ) p c i 芯片原理框图 p c i 2 0 4 0 内部结构框图如图3 - 2 一l 其 他 接 口 p c i 总线 接口 c p c i 热拔插 p c t 电源管理 串行r o m g p i o p c i 目标 s i m 中断 h p i 接 口寄存 器和p c i 寄存器 c 6 x 主端 口扩 展 c 5 4 x 主端口s m g p 总线接口 ( 图3 - 2 - 1 ：p c i 2 0 4 0 内部原理图) ( 3 ) p c i 2 0 4 0 引脚介绍 p c i 2 0 4 0 引脚图如图3 2 2 所示 a d 3 1 - 0 】 c 脏【，一0 】 p a r 再蕊 1 r d y h a d t l s - m r l c o yi m ，w 鹪p 唧p c ! s t o p 话话 篁茄反m m l 3 - o 羹 8 甄m a y o 一哪 拽 商蕊瓦眦 几 觚n c u r t o - - o 丽n c s 3 一o 而m t d y 3 - o c u 【i - i l l , r 3 o l 瓣 a 盯 ( 图3 - 2 2 ：p c i 2 0 4 0 引脚图) 1 8 h p i 接 口 些壅盔堂堡主堂篁迨塞 ：= a d 3 1 0 ：地址、数据多路复用的输入输出信号。在 f r a m e 有效时，是地址周期，在i r d y 和t r d y 同时有效时，是数 据周期。 、 c b e 3 0 ：总线命令和字节使能多路复用信号。在地址 周期内这4 条线上传输的是总线命令；在数据周期内传输的是 字节使能信号，表示在整个数据周期中，a d 0 一a d 3 1 上那些字 节为有效数据。 f r a m e ：帧周期信号。由当前主设备驱动，表示一次访问的 开始和持续时间。当其无效时，是传输的最后一个数据周期。 i r d y ：主设备准备好信号。该信号有效表明发起本次传输 的设备能够完成一个数据周期。 t r d y ：从设备准备好信号。该信号有效表明从设备已做好 完成当前数据传输的准备工作，此时可进行相应的数据传输。 i r d y 和t r d y 同时有效才能进行数据传输。 s t o p ：停止数据传送信号。该信号由从设备发出。当他有 效时，表示从设备请求主设备终止当前的数据传送。 l o c k ：锁定信号。由p c i 总线上发起数据传输的设备控制。 当l o c k 信号有效时，表示驱动它的设备所进行的操作可能需 要多个传输才能完成。 i d s e l ：初始化设备选择信号。在参数配置读写期间，用 作片选信号。 d e v s e l ：设备选择信号。由从设备驱动，该信号有效时， 表示驱动它的设备已成为当前的从设备。 p e r r ：数据奇偶校验错误报告信号。 s e r r ：系统错误报告信号。 i n t a ：中断信号。向p c i 总线提出中断请求。 p a r ：奇偶校验信号。 p r s t ，g r s t ：复位信号。 c l k ：时钟输入，为所有p c i 上的接口传送提供时序。 下面的为与d s p 端的接口信号 h a d 1 5 一o ：地址数据复用信号。 h r w ：读写控制信号 h d s ：数据侦测信号。 h i n t 3 一o ：中断信号。 h b e p ：字节使能信号。用于确定是8 b i t 还是1 6 b i t 传输。 h w i l ：8 b i t 数据辨别信号。用于在一次1 6 b i t 的传输中， 辨别是前8 b i t 还是后8 b i t 。 h c n t l 1 0 ：d s p 访问模式控制信号。用于选择访问d s p 的h p i 口的地址寄存器、控制寄存器或数据寄存器。 h c n t l l ，h c n g l o 的值分别由p c t a d l 2 和p c i a d l l 决定。 h c s 3 0 ：片选信号。选择+ 片d s p 中的一片，该信号由 p c i a d l 4 和p c i a d l 3 的值秒：鼋。 h r d y 3 0 ：d s p 准备好信号。对于c 5 4 x 系列高电平有效。 对于c 6 x 系列低电平有效。 h r s t 3 一o ：p c i 2 0 4 0 为d s p 提供的复位信号。 ( 4 ) p c i 2 0 4 0 配置寄存器 p c i 总线规范要求任一p c i 设备需提供2 5 6 字节配置空间， 以支持p n p 功能。p c i 2 0 4 0 提供了符合p c i 规范的配置空间如 图3 - 2 3 ： 2 0 山东大学硕士学位论文 设鲁i d尊主 n0 0 | 捩态令0 4 h 类捌玛鞭本i d0 8 轴 瑚 i r 丧囊类囊薯迟计时馨c h e 行大小 o c h 1 4 p ic s r ( 控秘和状券寄存嚣) 存薹：眭青存簟l o h 控空卿基娃膏存赫1 4 h 遣用总线纂址寄存鼍 1 8 h f 系撬l d予幕鲢普圭m2 c h m a x ，【甜tm i n g n t中断引一中辑线3 c h 埔封控制相状鸯寄存器i o 篷址哿存嚣 5 8 h 喀其它 ( 图3 2 3 ：p c i 2 0 4 0 配置寄存器) ( 5 ) 配置流程 p c i 2 0 4 0 的配置寄存器的配置读写通常是通过对支持p c i 总线的b i o s 中断调用来实现，中断向量为i a h ，该中断能够提 供p c i 单元的搜索、类码搜索、配置字节读出和写入等功能。 ( 1 ) 调用b i o s 中断，获取总线和单元号，进行配置字 的写入。 ( 2 ) 配置h p ic s r 存储器基址寄存器，以提供访问h p i c s r 的地址。 ( 3 ) 配置控制空间基址寄存器( 3 卜1 5 位可写入) 。将 h p i 总线映射至主机存储器3 2 kb y t e 空间。 ( 4 ) 配置命令寄存器，以产生和响应p c i 周期。 二、p c i 2 0 4 0 的数据传输过程 p c i 2 0 4 0 的配置完成后，就可以进行p c 机与d s p 通信。两 者之间通过h p i 接口实现，其传输过程如下。 山东大学硕士学位论文 ( 1 )软件首先清除h p i 复位寄存器 ( 2 ) p c i 2 0 4 0 解码从p c i 总线来的地址，并与控制空 间寄存器的值比较，如果落入3 2 kb y t e 控制空间中， 则响应p c i 周期并解码。由p c i a d l 4 、p c i a d l 3 的值决定片选信号，选中所要通信的d s p 芯片。 ( 3 )主机初始化h p i 控制寄存器的b o b 和h o b 位，选 择正确的字节定位方式。 ( 4 )主机然后用正确的h p i 存储器地址初始化h p i 的 地址寄存器。通过装载h p i 的地址寄存器，使d s p 完成了次h p i 存储器访问，数据就被放到了h p i 数据寄存器中了。具体h p i 寄存器的选择和访问模 式的确定由h c n t l l ，h c n t l o 决定，表3 2 1 给出了 c 5 4 x 寄存器访问控制的情况。 h c n t l lh c n t l o描述 00p c i 2 0 4 0 读写h p i 控制寄存器( 地址自动加) 0lp c i 2 0 4 0 读写h p i 数据寄存器( 地址自动加) 1op c i 2 0 4 0 读写h p i 地址寄存器( 地址不自动加) llp c i 2 0 4 0 读写h p i 数据寄存器( 地址不自动加) ( 表3 - 2 - i ：c 5 4 x 寄存器访问模式) ( 5 ) 主机从h p i 数据寄存器中读写数据 三、p c i 接口框图 我们所研究的p c i 接口部分系统框图为图3 - 2 - 4 。 ( 图3 2 4 ：d s p 与p c i 总线接口框图) ltj，j，。剖；。、 山东大学硕士学位论文 四、p c i 2 0 4 0 与v c 5 4 2 0 接口中软硬件方面的特殊考虑 1 、映射c 5 4 2 0 到主存的两种方式 根据c 5 4 2 0 的数量，有两种将c 5 4 2 0 映射到主存或p c 存储空间的方法。若c 5 4 2 0 的数量少于两个，则用映射方式 1 ( 如图3 2 5 ) 。 如果c 5 4 2 0 的数量多于两个，则用映射方式2 ( 如图3 ) ， 这种方法映射每个d s p 到一个特定的存储器空间，每个d s p 核或d s p 子系统占用同样的存储空间。 蕊 丽 蔽 赢 o s hi c a ， 8 s hc c h m h f o w m o 一临啪l 而 嚣i 丽l 硪； o p o 帖。坤 鄙 o s 融帖a 倍 脚 惭* a a 科 懈p l 位口憎 脚 ( 图3 - 2 - 5 ：映射方式1 )( 图3 2 6 ：映射方式2 ) 注意的是：控制空间的偏移量是相对于p c i 2 0 4 0 上的2 5 6 字节p c i 配置寄存器中1 4 h 处控制空间基址寄存器所代表的 值。 2 、硬件方面的考虑 c 5 4 2 0 是一个双c p u 设备，他有两个独立的c 5 4 x 子系统， 能够实现核对核的通信。尽管p c i 2 0 4 0 不是专门设计用来与双 c p u 的设备接口，但经过特殊的处理还是可以实现的。需要考虑 的主要有三方面：c 6 2 0 1 h p i 协议到c 5 4 2 0h p i 一1 6 协议的转 换。两个d s p 核间的切换。多个复位和多个中断的处理 c 6 xh p i 协议到c 5 4 2 0h p i - 1 6 的转换 ( 1 ) c 5 4 2 0 对h p i 总线提供了两种操作方式。 非多路复用模式( h m o d e = i ) ，c 5 4 2 0h p i 接口提供了一个 1 8 位地址总线，用来访问所有的内部存储器。 多路复用模式( h m o d e = o ) ：地址和数据复用同样的管脚， p c i 2 0 4 0 只是完成多路复用模式，所以c 5 4 2 0 的h m o d e 脚必须 被拖到地上。另外由于c 6 xh p i 的h r d y 信号低电平有效，而 c 5 4 2 0 的h r d y 信号高电平有效，所以针对c 5 4 2 0 必须使用转 换器( 例如s n 7 4 a l c v 0 4 ) ，这样就可以将v c c h 端直接连接到 v c c 端。 ( 2 ) 两个d s p 核间的切换 通过c 5 4 2 0 的s e l a b 脚来选择被访问的d s p 子系统。例 如可以将p c i 2 0 4 0 的脚g p l 0 2 连到s e l a b ，这样就可以通过 g p l 0 2 的高低电平来选择核a 或核b 。 ( 3 ) 多个h r s t 有两种c 5 4 2 0 方法来控制每个子系统的复位功能。 第一种：在h p i r s 脚从低电平过渡到高电平时，同时保持 a r s 和b r s 脚处于低电平，可以在两个核处于复位状态的同 时将应用程序代码下载到d s p 中。下载完之后，可以将a r s 和b r s 重新设置成高电平而将两个子系统拖出复位状态。在 h p i r s 脚从低电平过渡到高电平时，同时保持a r s 和b r s 脚 处于高电平也可以在两个核处于复位状态的同时将应用程序 代码下载到d s p 中。下载完之后，可以通过对地址2 f h 的写操 作将子系统拖出复位模式。另外可以根据s e l a b 的值选择指 定的子系统。 第二种：使用p o w e r o n 复位逻辑来复位每个子系统( a r s 和b r s ) ，这时需要将h p i r s 脚连接到p c i 2 0 4 0 的h r s t 脚。 注意当应用程序下载完成之后，必须有一个向地址2 f h 的写操 坐奎盔堂塑主兰鱼鲨塞 作，以将子系统带出复位状态。 ( 4 ) 对同一个d s p 产生的两个h i n t 中断的处理。 根据连接到p c i 2 0 4 0 的c 5 4 2 0 数量来决定多个中断的处理 方式。 如果有两个或更少的c 5 4 2 0 ，可以将第一个c 5 4 2 0 的 a h i n t 连到h i n t 0 ，将b _ h i n t 连到h i n t l 。将p c i 2 0 4 0 的h i n t 2 和h i n t 3 连接到第二个c 5 4 2 0 的ah i n t 和b _ h i n t ( 如图3 2 7 ) ， 这种情况下存储器的设置利用映射方式l 。 如果板子上含有多于两个的c 5 4 2 0 ，此时需要将每个d s p 上的两个中断相与( 如图3 - 2 8 ) 。每个d s p 上的中断共享 p c i 2 0 4 0 的同根中断线，这样就无法知道某个d s p 上到底那 个子系统申请的中断，此时必须向每个子系统中h p l c 寄存器 的h i n t 位写l ，这种情况下存储器的设置利用映射方式2 。 ( 图3 - 2 - 7 ：两个d s p 与p c i 2 0 4 0 连接)( 图3 - 2 - 8 ：多个d s p 与p c i 2 0 4 0 连接) 3 、软件方面的考虑 c 6 x 有一个1 6 位的h p i 接口，但他使用3 2 位的字长，所 以所有的h p i 操作需要两个h p i 周期。既然p c i 2 0 4 0 的1 6 位 坐銮盔堂堡主堂焦逢塞 接口用来与c 6 x 接口，所以p c i 2 0 4 0 也需要两个h p i 周期。与 c 6 x 不同，c 5 4 2 0 使用1 6 位的字长，这样只需要一个h p i 周期 就可以完成一次操作。所以程序员通过p c i 2 0 4 0 访问c 5 4 2 0 时， 必须知道对d s p 的读和写需要遵循特殊的原则。 ( 1 ) 向h p i a 、h p i c 和h p i d 寄存器的写 当向h p i a ( h p i 地址寄存器) 、h p i c ( h p i 控制寄存器) ，和 h p i d ( h p i 数据寄存器) 写数据时，由于p c i 2 0 4 0 对h p i 口两 个周期的操作是针对同一个寄存器，所以低一个周期写的数据 会在第二个周期被覆盖。所以应将数据多次写到寄存器中，以 保证写入数据的正确( 如图3 2 8 ) 。 ( 图3 2 8 ：一次写c 5 4 2 0 操作) ( 2 ) 从h p i a 、h p i c 、h p i d 寄存器的读 当从h p i a 、h p i c 、h p i d 寄存器读时，p c i 读这些寄存器两 遍，返回p c i 双字节的上下两部分( 如图3 - 2 9 ) 。 e 一一一i 一一工一一二 一。 l竺!i竺!l竺：竺!i ( 图3 - 2 - 9 ：一次读c 5 4 2 0 操作) ( 3 ) 利用自动增特性。 为了最大提高h p i 的性能，在读和写h p i d 寄存器时，利 用d s p 寄存器在第一个和第二个h p i 周期中h p i a 的自动增特 性。自动增特性使得经p c i 总线可以对两个字连续的进行读和 写，最终使得一次性可以读写3 2 位的字长，这样有效的加倍 了数据传输速率。 五、在w i n d o w s 系统下实现p c 机对p c i 设备的访问 实现p c 机对p c i 设备访问的途径有两条：一、设计虚拟 设备驱动程序。为了方便设备驱动程序的开发，可以使用 v t t o o l s ，w i n d r i v e r 等工具。二、高级语言嵌入汇编，这种方 法在在w i n d o w s 9 8 系统下可以，但对于n t 系统，由于n t 不支 持对端口的直接操作，所以这种方法在n t 下不不适用。 实验时利用c + + b u il d e r 5 0 嵌入汇编。在嵌入汇编的地方 利用关键字一a s m ：汇编语句) ，嵌入的汇编语句包括 p c i 2 0 4 0 的配置和数据传输部分。汇编语言与c + + 语言的数据 交互可以利用绝对内存地址。 山东大学硕士学位论文 第四章软件方面 第一节利用s d k 设计软件控制数码相机取像 数码相机作为目前常见的一种消费类商品，它利用c c d 光 藕器件将光信号转变为电信号，在经过a d 转换、数据压缩等 数据处理后经串口或u s b 口在p c 端应用程序控制下将图片( 多 为j p e g 格式) 送到p c 机的硬盘中。目前p c 端的应用程序都为 相机制造商所提供。实际上可能大家忽略掉：一些数码相机制 造商也为开发人员提供了相对丰富的s d k ( s o f t w a r e d e v e l o p m e n tk i t ) 资源，便于有关人员利用数码相机进行图 像采集和监测方面的开发工作。s d k 的基础是由国际图像委员 会制定的p i m a1 5 7 4 0 ：2 0 0 0 标准，即p t p 协议。这一协议规定 了静止图像设备通过u s b 口、i e e l 3 9 4 、串口及互连网与p c 机 传输图片的一些相关方面。s d k 开发套件一般由头文件( h ) 库文件( 1 i b ) 和动态连接库文件( d 1 1 ) 组成。论文中我们 采用的是美国柯达公司为d c 2 8 0 相机，其分辨率为1 8 0 0 1 2 0 0 像素。 一、d c 2 8 0 s d k 结构图 d c 2 8 0 s d k 基本结构框图如图4 卜1 所示。s d k 控制层位于 应用程序与指定s d k 控制层( 对于d c 2 8 0 相机此层即为 d c 2 8 0 s d k 控制层) 之间，它的主要作用是接受应用程序的 d c 2 8 0 一o p e n c a m e r a 0 指令同时将指定相机s d k 控制层调入内存 区和d c 2 x o c l o s e c a m e r a ( ) 指令同时释放指定相机s d k 控制层 所占内存区。指定s d k 层位于s d k 控制层之下，本层支持所有 山东大学硕士学位论文 访问相机的函数，并将函数执行结果状态码( 即错误代码) 经 s d k 控制层上传给应用程序。指定相机控制层的下层为驱动程 序层，驱动程序用于同外部设备直接打交道。 应用程序 工 s d k 控制层 工 d c 2 8 0 s d k 控制层 士 j s b 或串口驱动程序 工 相机 ) ( 图4 - 1 1 ：s d k 基本结构框图) 二、s d k 函数分类：s d k 内的函数按照作用类型一般可分为以 下几类： i 、相机初始化函数：主要包括一c l o s e c a m e r a ( ) 希i _ o p e n c a m e r a ( ) 。 2 、相机控制函数：主要包括一g e t s t a t u s ( ) 、一g e t c o n f i g ( ) 、一s e t c o n f i 9 0 、 一c o n t r o l c a m e r a t i m e ( ) 、- c o n t r o l c a m e r a i d ( ) 、一c o n t r o l t a k e p i c t u r e ( ) 、 一r e s e t c a m e r a0 。 2 、图片管理函数：一t a k e p i c t u r e ( ) 、一d e l e t e p i c t u r e ( ) 3 、图片信息获取函数：一g e t c a m e r a p i c t l n f o ( ) 、一g e t a l l p i c t u r e n a m e ( ) 、 g e t