基于PCI总线的嵌入式实时DSP图像采集系统

1、基于PCI总线的嵌入式实时DSP图像采集系统    内容摘要：摘要：以交通十字路口实时DSP图像采集系统为例，说明了基于PCI总线的DSP图像采集系统的优点，并详细阐明了系统的硬件结.关键词：指令周期,矩阵,编码,驱动,需要,操作系统,PCI,系统摘要：以交通十字路口实时DSP图像采集系统为例，说明了基于PCI总线的DSP图像采集系统的优点，并详细阐明了系统的硬件结构和基于VxWorks操作平台的软件实现，最后介绍了系统实现的效果。关键词：PCI总线DSPVxWorks操作系统图像采集系统本文从实时性和大容量两方面介绍了在通用计算机上加入加速卡实现的图像

2、采集系统。利用芯片的高速处理特性完成大部分的图像处理工作，上位机只完成辅助操作和存储系统。这种方法发挥了的高速性能又具有相当大的灵活性，而且开发工具比较完善。实时性要求足够的传输速度，总线速度最高可达（、位）。这是其他总线无法比拟的速度，如总线速度只有。另外，系统中的可扩展存储空间高达。这完全可以满足一般图像处理系统的需要。基于总线的图像采集系统本系统主要用于路口违章车辆抓拍，包括闯红灯抓拍、超速行驶抓拍等。通过摄像头对车流进行监测，当有车辆在红灯期间越过停止线或在限速地段超速行驶，系统拍下车辆的行为并把数据传送到进行处理，然后经总线把处理后的数据上传到上位机。当然这套系统也可用于其他的监控系

3、统，如楼宇监控等，其硬件系统基本一致，只是软件功能有所区别。本系统采用公司系列中的作为系统的。图像数据通过摄像机采集并输出模拟图像信号。这些信号经视频解码芯片转换为数字信号；再经输入进行图像的增强、分割、特征提取和数据压缩等；然后输出信号经解码芯片转换为符合总线规范的标准信号，通过总线接口传到上位机。系统的控制逻辑由（）控制器实现。系统结构图如图。（）视频解码芯片系统中采集的图像信号采用公司的完成转换。允许四路模拟视频输入，具有两个模拟处理通道，支持四路模拟信号或二路模拟信号或二路信号和一路信号。对摄像头输入的标准格式的模拟图像信号进行转换，然后输出符合格式的：2：2的位数据到。其中亮度信号为

4、位、色度信号和合为位数据。采用公司的芯片，的深度为×，支持（标准）和（，首字直接通过）两种工作模式。按照格式，图像分辨率为×象素，当按行输出时，输出数据流大小为：×。因为通过位的接口与通信，故数据写入时需要在之间实现乒乓切换。这时一行×的数据在两片中存储变为×。两片可以满足上述要求。的初始化及时序由实现。（）图像处理模块是公司发布的面向视频处理领域的新款高速数字处理芯片，适用于移动通信基站、图像监控、雷达系统等对速度要求高和高度智能化的应用领域。存储空间分两部分：运行过程的临时数据存在公司的两片的中；系统程序则固化在存储器中，该存储器选用公司生

5、产的的。存储器具有在线重写入功能。这对系统启动程序的修改和升级都带来了很大的方便。处理模块结构如图所示。图中的（）为主机口；（）为外部存储器接口，兼容同步异步传输方式。的高速性能主要体现在以下方面：的存储空间最大可扩展到，完全可以满足各种图像处理系统所需的内存空间，而且其最高时钟可达，峰值性能可达（百万条指令秒）、（百万次操作秒）。并行处理结构。芯片内有个并行处理单元，分为相同的两组，并行结构大大提高芯片的性能。芯片体系采用结构。是一种高性能的甚长指令字（）结构，单指令字字长为，个指令组成一个指令包，总字长为。即每秒钟可以执行条指令。结构大大提高了芯片的性能。采用流水线操作实现高速度、高效率。

6、只有在流水线充分发挥作用的情况下，才能达到最高的峰值性能。与其他系列相比，优势在于简化了流水线的控制以消除流水线互锁，并增加流水线的深度来消除传统流水线的取指、数据访问和乘法操作上的瓶颈。本系统主要完成从读出数据的处理以及压缩等。数据处理由自行编写的算法实现，数据压缩算法采用（）标准。当摄像头采集速度为每秒帧图像时，它留给处理的时间最多为每帧。如果考虑系统有一定的延时以及处理后图像的存储时间，那么处理一幅图像时间不能超过。按照的处理速度，在内可以处理（×）条指令。读出中的行数据并存入，一帧图像有行，在最后一行时会收到系统的帧中断，这时中的图像数据总共有×。让用条指令周期的时

7、间处理的数据显然绰绰有余。粗略的计算过程如下：系统采用快速（离散余弦变换），每×矩阵需要次乘法、次加法，因此一帧图像的，共需要（）×××个指令周期；对于量化模块，每×矩阵需要个量化指令周期，一帧需要×××个指令周期；对于编码部分，假设编码后非元素占，对每×矩阵进行扫描、编码估计需要个指令周期，则共需×××个指令周期。按以上计算，在系统中进行编码大约需要个指令周期，耗时（工作在时）。可以看出，实际需要的指令远小于条，而时间也远小于，完全可以实时处理从传过来的数据。（）总线模块总

8、线规范吸引人的地方不仅是其高速度，更在于它适应了现代设备对系统的要求，对扩展卡及器件能进行全自动配置，并且只需很少的接口逻辑就可以实现并支持其他总线系统。的口不支持总线的无缝接口。本系统采用公司的实现的与总线的连接。处理后的数据经口输出到进行解码，然后输出到总线上。其逻辑结构如图所示。是公司设计的专门用来完成系列和系列与总线进行接口的专用芯片。符合局部总线规范，能够方便地实现总线与或的接口的无缝连接。可以兼容和，以适应不同的总线电压。与之间不需要信号的电平转换，也不需要额外的控制逻辑电路，接口电路十分简单。在本系统中，上存在两种电压：和。其中是口电压，是总线电压。启动时需要对其总线寄存器和寄存

9、器参数进行预加载。系统中解码模块包括一块配置，属于型，便于对配置参数修改和升级。当系统启动时，存储在的数据下载到的寄存器中并进行配置。图中:、:、:、:分别与四片中的相应信号相连。即可以同时与四片接口。系统的软件设计本软件系统包括两部分，即底层软件和系统软件。底层软件主要是图像处理算法以及启动等运行程序。这些程序主要在环境下由语言编写并进行汇编优化。即，是公司发布的软件运行环境。在系统软件方面，基于总线的图像处理系统面临的难点颇多，其中难度最大的是驱动问题。当然这对于不同的系统软件可能难度各异。若在操作系统下，可以充分利用的窗口特性：一方面，因为技术成熟，软件编写相对比较简单；另一方面，在平台

10、下，驱动无需开发，可以直接利用的驱动程序实现图像卡的驱动。但是操作系统比较庞大，而且无法依照系统的需要进行自由裁减，不适合做成嵌入式系统。这里主要阐述在操作系统下的软件设计方法。相对于操作系统，的优点表现在：系统具有较好的可裁减性，可裁剪的组件超过个，用户可根据自己系统的功能目标通过交叉开发环境方便地配置；支持应用程序的动态链接和动态下载，开发者省去了每次调试都将应用程序与操作系统内核进行链接和下载的步骤，缩短了编辑调试周期；具有较好的兼容性，它是最早兼容标准的嵌入式实时操作系统之一；具有很高的可靠性和稳定性；具有很好的实时性，实时性的强弱以完成规定功能和做出响应时间的长短来衡量。的多任务机制对任务的控制采用了优先级抢占（）和轮转调度（）机制。这充分保证了可靠的实时性，使同样的硬件配置能满足更强的实时性要求，为应用的开发留下更大的余地。为阐明如何在操作系统下实现总线的驱动，还需了解设备的配置空间。设备有三种物理存储空间：配置空间、存储器空间和空间。配置空间是长度为字节的一段连续空间，空间的定义如图?眼?演。在配置空间中只读空间有设备标识、供应商代码、修改版本、分类代码以及头标类型。其中供应商代码用来标识设备供应商的代码；设备标识用来标识某一特殊的设备；修改版