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基于TMS320C32的嵌入式RTOS視頻網(wǎng)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(wǎng)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。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(jīng)過Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，同時通過網(wǎng)絡進行檢測控制，圖１所示是其系統(tǒng)框圖。
２ 關(guān)鍵設計及器件選擇
本系統(tǒng)設計的關(guān)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(jié)構(gòu)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(chǎn)品，該器件的工作頻率為４０ＭＨｚ；采用哈佛總線結(jié)構(gòu)。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(chǔ)上簡化而來的，含有ＴＭＳ３２０Ｃ３０的ＣＰＵ內(nèi)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(shù)據(jù)；
●可產(chǎn)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(shù)據(jù)的要求，又可以實現(xiàn)ＰＣＩ接口３２位數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)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(chǎn)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(nèi)部的一個乒乓開關(guān)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(guān)，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(guān)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(diào)整并在內(nèi)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(qū)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(diào)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；
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