基于TMS320C32的嵌入式RTOS視頻網絡檢測系統(tǒng)

    摘要：介紹了基于DSP芯片TMS320C32圖像處理平臺的網絡測試系統(tǒng)，給出了使用專用視頻輸入處理芯片SAA711和CPLD實現(xiàn)高速連續(xù)視頻幀采集的設計思路。同時給出了該系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中基于PPP協(xié)議的Internet的連接方法。

    關鍵詞：PCI總線；PPP協(xié)議；DSP；VxWorks操作系統(tǒng)；嵌入式

在遠程測控系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)由于其穩(wěn)定性和實時性優(yōu)于傳統(tǒng)平臺而得到迅速發(fā)展。本文提出了一種以ＤＳＰ芯片和ＶｘＷｏｒｋｓ為操作系統(tǒng)的新型嵌入式系統(tǒng)設計方法。

１　測試系統(tǒng)工作原理

圖１所示的測試系統(tǒng)的主要任務是采用ＤＳＰ芯片處理通過攝像頭拍攝并經過Ａ／Ｄ轉換的圖像。整個系統(tǒng)由視頻解碼器、ＤＳＰ和ＰＣＩ總線專用芯片組成。系統(tǒng)通過ＰＣＩ總線同通信平臺交換數據，同時通過網絡進行檢測控制，圖１所示是其系統(tǒng)框圖。

２　關鍵設計及器件選擇

本系統(tǒng)設計的關鍵是視頻處理卡的設計，一般的視頻檢測卡功能有限，不能滿足本項目的需求，為此，筆者自行設計了一塊視頻檢測卡。其結構框圖如圖２所示。

２．１ ＴＭＳ３２０Ｃ３２的功能特點

本測試系統(tǒng)中的ＤＳＰ芯片選用Ｔ Ｉ公司的Ｔ Ｍ Ｓ ３ ２ ０ Ｃ ３ ｘ系列產品，該器件的工作頻率為４０ＭＨｚ；采用哈佛總線結構。并且擁有獨特的指令系統(tǒng)和硬件乘加運算；外帶２５６ｋ×３２Ｂｉｔ的ＦＬＡＳＨ、２ｋ×８Ｂｉｔ的ＮＶＲＡＭ和２５６ｋ×３２Ｂｉｔ的ＳＲＡＭ。該芯片是在ＴＭＳ３２０Ｃ３０的基礎上簡化而來的，含有ＴＭＳ３２０Ｃ３０的ＣＰＵ內核。

ＴＭＳ３２０Ｃ３２的主要功能如下：

●帶有程序引導功能；

●串行接口傳輸和存儲器均可支持８、１６、３２位的數據；

●可產生邊沿中斷和電平中斷；

●可由用戶編程設定中斷向量表地址；

● 具有空等待和低功耗兩種電源管理方式；

●具有兩個ＤＭＡ通道；

●功能強大的外部存儲器接口既可以滿足視頻解碼接口８位數據的要求，又可以實現(xiàn)ＰＣＩ接口３２位數據的高速數據傳輸；

●靈活的程序加載可實現(xiàn)在系統(tǒng)編程；

一般情況下，Ｓ５９３３和ＤＳＰ之間的硬件連接就是利用ＤＳＰ的讀寫信號Ｒ／ Ｗ、地址選通控制信號ＩＯＳＴＲＢ、外部設備就緒信號ＲＤＹ和部分地址信號以及Ｓ５９３３的ＦＩＦＯ狀態(tài)信號ＷＲＦＵＬＬ來進行簡單的時序和邏輯組合，從而生成對Ｓ５９３３外加總線接口的讀寫控制信號。

２．２ 其它器件的選擇

本系統(tǒng)中的ＣＰＬＤ芯片選用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＥＰＭ９３２０ＲＣ２０８。兩組幀存儲器Ａ和Ｂ采用ＣＹＰＲＥＳＳ公司生產的兩塊ＣＹ７Ｃ１０４９芯片，該芯片的容量為５１２ｋ×８ｂｉｔ，存取時間不超過１５ｎｓ，能滿足圖像實時采集要求。通過ＣＰＬＤ內部的一個乒乓開關控制模塊可自動完成幀間讀寫兩個通道接口的切換。而ＤＳＰ和ＳＡＡ７１１３之間的所有控制信號接口邏輯和時序轉換都由ＣＰＬＤ來完成，并可編程修改，因而提高了系統(tǒng)的使用靈活性和可靠性。圖３所示是ＥＰＭ９３２０ＲＣ２０８與ＣＹ７Ｃ１０４９的接口控制邏輯框圖。

    ＰＣＩ總線專用接口芯片Ｓ５９３３是一種功能強大且使用靈活的ＰＣＩ總線控制器專用芯片，該芯片符合ＰＣＩ局部總線規(guī)范２．１版本，它既可作為ＰＣＩ總線目標設備來實現(xiàn)基本的傳送；也可作為ＰＣＩ總線主控設備訪問其它ＰＣＩ總線設備。Ｓ５９３３的峰值傳送速率為１３２Ｍｂｐｓ?３２位ＰＣＩ數據線?。該器件提供有３個物理總線接口：ＰＣＩ總線接口、外加總線接口（ＡＤＤ－ＯＮ ＢＵＳ）以及可選的ＮＶ存儲器接口。

ＳＡＡ７１１３的作用是實現(xiàn)模擬圖像的Ａ／Ｄ轉換。ＤＳＰ與ＳＡＡ７１１３之間的硬件接口的控制邏輯包括兩個子模塊：幀圖像寫入控制器和乒乓開關，這兩種功能可由一塊ＣＰＬＤ來完成。

在視頻卡設計中，電源模塊的設計也非常關鍵，它直接影響著視頻卡的最后實現(xiàn)和穩(wěn)定運行。

本監(jiān)控系統(tǒng)采用ＴＩ公司的ＴＰＳ３３０７－３３Ｄ來作為電源檢測ＩＣ。該器件的Ｒｅｓｅｔ有效電源復位電壓值定義為ＶＤＤ＝１．１Ｖ。ＴＰＳ３３０７－３３Ｄ可同時監(jiān)視兩種獨立電壓，還可控制另外一種電壓，這種電壓可以獨立調整并在內部與復位邏輯電路相連。

３　通信平臺的嵌入式系統(tǒng)設計

本設計的軟件系統(tǒng)包括底層軟件和系統(tǒng)軟件兩部分，其中底層軟件主要是ＤＳＰ圖像處理算法以及啟動等運行程序，這些程序可在ＣＣＳ環(huán)境下由Ｃ語言編寫并進行匯編優(yōu)化，ＣＣＳ是ＴＩ公司發(fā)布的ＤＳＰ軟件運行環(huán)境；

在系統(tǒng)軟件方面，基于ＰＣＩ總線的圖像處理系統(tǒng)所面臨的難點頗多，其中難度最大的是ＰＣＩ驅動問題。

３．１ 系統(tǒng)軟件的設計

系統(tǒng)軟件可以選用以ＶｘＷｏｒｋｓ為操作系統(tǒng)的嵌入式設計方法。

ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統(tǒng)的集成環(huán)境叫Ｔｏｒｎａｄｏ。Ｔｏｒ-ｎａｄｏ集成環(huán)境是一個高效明晰的圖形化實時應用開發(fā)平臺，它包括一套完整的、面向嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調測工具。ＶｘＷｏｒｋｓ的優(yōu)點如下：

（１）具有較好的可裁減性；

（２）支持應用程序的動態(tài)鏈接和動態(tài)下載；

（３）具有較好的兼容性；

（４）具有很高的可靠性和穩(wěn)定性；

（５）具有很好的實時性；

ＶｘＷｏｒｋｓ的多任務機制對任務的控制采用優(yōu)先級搶占和輪轉調度機制，從而充分保證了實時性，并可用同樣的硬件配置滿足更強的實時性要求，以便為應用開發(fā)留下更大的余地。

ＰＣＩ設備有三種物理存儲空間：配置空間、存儲器空間和Ｉ／Ｏ空間。其中配置空間是長度為２５６字節(jié)的一段連續(xù)空間，空間定義如圖４所示，在配置空間中，只讀空間包括設備標識、供應商代碼、修改版本、分類代碼以及頭標類型。其中供應商代碼用來標識設備供應商的代碼；設備標識用來標識某一特殊的設備；修改版本標識設備的版本號；分類代碼用來標識設備的種類；而頭標類型用來標識頭類型以及是否為多功能設備。除供應商代碼之外，其他字段的值可由供應商分配。

基地址寄存器最重要的功能是分配ＰＣＩ設備的系統(tǒng)地址空間。在基地址寄存器中，ｂｉｔ０（最低位）可用來標識到底是存儲器空間還是Ｉ／Ｏ地址空間?；刂芳拇嫫饔成涞酱鎯ζ骺臻g時，ｂｉｔ０為“０”，而當其映射到Ｉ／Ｏ地址空間時，ｂｉｔ０為“１”。

在驅動ＰＣＩ設備時，首先是ＰＣＩ設備的查找。嵌入式操作系統(tǒng)一般都提供有相應的ＡＰＩ函數查找。而在ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統(tǒng)中，通過函數ｐｃｉＦｉｎｄＤｅｖｉｃｅ?ＰＣＩ＿ＶＥＮＤＯＲ＿ＩＤ?ＰＣＩ＿ＤＥＶＩＣＥ?ｉｎｄｅｘ? ＆ｐｃｉＢｕｓ? ＆ｐｃｉＤｅｖｉｃｅ，＆ｐｃｉＦｕｎｃ＿可以找到供應商代碼為ＰＣＩ＿ＶＥＮＤＯＲ＿ＩＤ、設備標識為ＰＣＩ＿ＤＥＶＩＣＥ的第ｎ（ｉｎｄｅｘ＋１）個設備，并且返回總線號、設備號以及功能號，然后分別保存于＆ｐｃｉＢｕｓ、＆ｐｃｉＤｅｖｉｃｅ、＆ｐｃｉ-Ｆｕｎｃ中。

其次是ＰＣＩ設備的配置。通過操作系統(tǒng)提供的ＡＰＩ函數可以訪問ＰＣＩ設備的配置空間，從而完成ＰＣＩ設備基址寄存器的配置、中斷配置、以及ＲＯＭ基地址寄存器的配置，最終得到ＰＣＩ存儲器空間和Ｉ／Ｏ地址空間的映射以及設備中斷號等。在ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統(tǒng)中，訪問ＰＣＩ設備配置空間的ＡＰＩ函數有：ｐｃｉＣｏｎｆｉｇＯｕｔＬｏｎｇ和ｐｃｉＣｏｎｆｉｇＩｎＬｏｎｇ等，它們可分別完成對ＰＣＩ設備配置空間的讀寫操作。

然后是根據ＰＣＩ設備的配置參數來編寫不同設備的初始化程序、中斷服務程序以及對ＰＣＩ設備存儲空間的訪問程序。

３．２ 遠程控制與通信鏈路

由于基于串行口的ＰＰＰ協(xié)通信方式現(xiàn)已被各種ＩＳＰ所接受。而且ＶｘＷｏｒｋｓ系統(tǒng)也支持ＰＰＰ協(xié)議，因此，在ＶｘＷｏｒｋｓ下通過Ｍｏｄｅｍ建立與ＩＳＰ的物理連接，然后再完成設備的ＰＰＰ數據鏈路設置，就可以通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ實現(xiàn)遠程控制。

４　結束語

圖像采集系統(tǒng)的關鍵是如何對大容量的信息進行暫存、壓縮、傳輸和處理。本系統(tǒng)可以很好地解決這ｎ個難題。在圖像信息暫存方面充分利用ＤＳＰ存儲空間的可擴展性，可保證系統(tǒng)暫存信息量的足夠大；而信息壓縮則是ＤＳＰ最擅長做的事情，ＤＳＰ可以在很短的時間內完成大量的信息壓縮工作；ＰＣＩ總線的引入可保證信息在足夠的帶寬下進行快速傳輸。而采用嵌入式ＶｘＷｏｒｋｓ操作系統(tǒng)又使得系統(tǒng)具有良好的靈活性和適應性，同時也大大降低了系統(tǒng)成本。