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基于DSP的視頻檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：提出一種視頻測(cè)和遠(yuǎn)程控制的嵌入式設(shè)計(jì)方法，解決了采用具有高性能的數(shù)據(jù)處理功能的DSP作為視頻檢測(cè)處理器的設(shè)計(jì)總是；同時(shí)，提出在嵌入式操作系統(tǒng)中通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了在嵌入式操作系統(tǒng)中PCI總線的設(shè)備驅(qū)動(dòng)以及通過PPP協(xié)議與Internet建立連接。引言
隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)以及圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺和視頻檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能交通、設(shè)備制造等很多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的視頻檢測(cè)往往采用工控機(jī)作為其視頻處理器來實(shí)現(xiàn)其功能。這種方法往往由于工控機(jī)處理速度的問題，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)不同方向同時(shí)進(jìn)行視頻檢測(cè)，而且由于視頻檢測(cè)處理過程需要占用大量的處理時(shí)間，因而無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程控制功能。
目前在遠(yuǎn)程控制和通信方面，基于DOS和Windows操作系統(tǒng)的通信平臺(tái)得到普遍的引用，但是DOS操作系統(tǒng)作為單任務(wù)操作系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)多任務(wù)功能和實(shí)時(shí)處理的要求；而Windows操作系統(tǒng)作為視窗操作系統(tǒng)，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性也無法與實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作相比擬。
本文提出一種以DSP作為視頻檢測(cè)處理芯片，以Linux為操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的開發(fā)主要包括視頻檢測(cè)卡和x86通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)2個(gè)部分。視頻檢測(cè)卡主要包括模擬圖像采集、轉(zhuǎn)換、DSP視頻檢測(cè)3個(gè)部分，每塊交換參數(shù)檢測(cè)卡擴(kuò)充PCI總線接口，插在通信開發(fā)平臺(tái)的PCI總線插口上，通過PCI總線同通信平臺(tái)交換數(shù)據(jù)。通信平臺(tái)處理多塊交通參數(shù)檢測(cè)卡的通信問題，將視頻檢測(cè)卡通過PCI總線傳送過來的視頻檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給控制中心。系統(tǒng)的功能方框圖如圖1所示。
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，視頻檢測(cè)卡功能主要分為：模擬圖像采集、模擬圖像A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩存以及DSP視頻檢測(cè)5個(gè)部分。視頻檢測(cè)卡流程如圖2所示。
本系統(tǒng)采用Philips公司的SAA7111A來實(shí)現(xiàn)模擬圖像A/D轉(zhuǎn)換。該芯片可實(shí)現(xiàn)多路選通、鎖相與時(shí)序、時(shí)鐘產(chǎn)生與測(cè)試、ADC、亮色分離等功能。其輸出可以具有如下格式：YUV 4：1：1（12bit）、YUV 4：2：2（16bit）、YUV 4：2：2(CCIR-656)（8bit）等。由于DSP處理芯片和SA7111A的時(shí)序不同，可以通過CPLD進(jìn)行邏輯控制FIFO來完成數(shù)據(jù)緩存的功能。
DSP是實(shí)時(shí)信號(hào)處理的核心。本系統(tǒng)采用TI公司DSP芯片——TMS320C6211。該芯片屬C6000的定點(diǎn)系列，C6211在這個(gè)系列中是性價(jià)比最高的一種。C6211處理器由3個(gè)主要部分組成：CPU內(nèi)核、存儲(chǔ)器和外設(shè)。集成外設(shè)包括EDMA控制器、外存儲(chǔ)器接口（EMIF）、主機(jī)口（HPI）、多通道緩沖接口（McBSP）、定時(shí)器、中斷選擇子、JTAG接口、PowerDown邏輯以及PLL時(shí)鐘發(fā)生器。通過EMIF接口擴(kuò)充SDRAM，而PCI總線控制芯片的擴(kuò)展通過HPI接口。
PCI總線的接口芯片PCI9050，主要包括PCI總線信號(hào)接口和本地總線（LOCAL BUS）信號(hào)。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，只需將本地總線信號(hào)的接口通過電平轉(zhuǎn)換連接到DSP的HPI接口，同時(shí)擴(kuò)展PCI接口就可以完成其硬件電路設(shè)計(jì)。
2 通信開發(fā)平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)
通信開發(fā)平臺(tái)以x86為核心器件，擴(kuò)充PCI總線，通過Modem撥號(hào)，實(shí)現(xiàn)x86與Internet的連接。
2.1 PCI總線設(shè)備驅(qū)動(dòng)
PCI設(shè)備有3種物理空間：配置空間、存儲(chǔ)器空間和I/O空間。配置空間是長度為256字節(jié)的一段連接空間，空間的定義如圖3所示。在配置空間中只讀空間有設(shè)備標(biāo)識(shí)、供應(yīng)商代碼、修改版本、分類代碼以及頭標(biāo)類型。其中供應(yīng)商代碼用來標(biāo)識(shí)設(shè)備供應(yīng)商的代碼；設(shè)備標(biāo)識(shí)用來標(biāo)識(shí)某一特殊的設(shè)備；修改版本標(biāo)識(shí)設(shè)備的版本號(hào)；分類代碼用來標(biāo)識(shí)設(shè)備的種類；頭標(biāo)類型用來標(biāo)識(shí)頭類型以及是否為多功能設(shè)備。除供應(yīng)商代碼之外，其它字段的值由供應(yīng)商分配。
命令字段寄存器用來提供設(shè)備響應(yīng)的控制命令字；狀態(tài)字段用來記錄PCI總線相關(guān)事件（詳細(xì)的命令控制和狀態(tài)讀取方法見參考文獻(xiàn)4）。
基地址寄存器最重要的功能是分配PCI設(shè)備的系統(tǒng)地址空間。在基地址寄存器中，bit0用來標(biāo)識(shí)是存儲(chǔ)器空間還是I/O地址空間�；刂芳拇嫫饔成涞酱鎯�(chǔ)器空間時(shí)bit0為“0”，映射到I/O地址空間時(shí)bit0為“1”。基地址空間中其它一些內(nèi)容用來表示PCI設(shè)備地址空間映射到系統(tǒng)空間的起始物理地址。地址空間大小通過向基地址寄存器寫全“1”，然后讀取其基地址的值來得到。
PCI設(shè)備的驅(qū)動(dòng)過程主要包括下面幾個(gè)步驟。
首先，PCI設(shè)備的查找。在嵌入式操作系統(tǒng)中一般提供相應(yīng)的API函數(shù)，在Linux操作系統(tǒng)中通過函數(shù)pcibios_find_device(PCI_VENDOR_ID,PCI_DEVICE,index,
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