基于TMS320DM642的图像处理系统

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1 引言
随着大规模集成电路的飞速发展，DSP的性能越来越完善，能够满足图像处理时对数据处理速度的实时要求。以DSP为核心处理器组建图像处理系统应用广泛，其优点是DSP资源丰富、编程灵活、算法设计简单，并且在系统软件开发中可采用模块化设计，可提高系统的通用性，缩短系统的开发周期。本文介绍了基于TMS320DM642的图像处理系统。
2 TMS320DM642简介
TMS320DM642是TI公司推出的一款针对网络与多媒体应用的DSP。TMS320DM642具有以下主要特点：
处理器时钟频率高，具有500 MHz／600 MHz／720 MHz 三种时钟速率(本系统设计采用的时钟速率是600 MHz)；
专用的视频口，包括3个可配置的视频口；
外部接口：64个独立通道的增强EDMA控制器，多通道音频串行端口(McASP)，64 bit的外部存储单元接口EMIF，66 MHz 32-bit，3.3 V的PCI主／从接口，10 Mb／s／100 Mb／s以太网口(EMAC)及通用I／O端口(GPIO)等外围接口；
专用缓存，能够加快数据存储及运算速度。TMS320DM64采用二级高速缓存的Cache结构，一级程序和数据缓存为16 KB，二级缓存为256 KB，其CPU内核基于C64X的CPU。
因此，TMS320DM642的处理速度高，外围接口丰富，并具有专用的视频口。与其他同性能产品相比，TMS320DM642性价比高，无论从产品性能还是经济效益上考虑，TMS320DM642都是图像处理系统的理想选择。
3 系统设计
3.1硬件设计
系统硬件结构框图如图1所示。系统工作过程是：视频输入设备摄像机输入的图像数据经视频解码器解码后传输至TMS320DM642，TMS320DM642存储、处理采集到的数据，并将处理后的数据送至视频编码器，视频编码器对其编码后再送至视频输出设备监视器。


3.2视频输入设计
采集视频输人设备(摄像机)图像采用专门的视频解码器，视频解码器实现图像采集驱动，简化了设计，节省设计时间缩短设计周期。视频解码器采用Phillips公司的SAA7115。
TMS320DM6412数据采集驱动程序通过IOM器件驱动模式进行设计。如图2所示驱动器的设计分为Class Driver与Mini-Driver两个层面，利用FVID模块设计Class Driver，提供独立和通用的API设置以及Mini-Driver的多种服务。为了使代码重复利用率达到最高，Mini-Driver分为通用部分和面向不同电路板的个体部分设计，前者利用EDMAs与视频口进行数据传输，后者又称为EDC(External DeviceControl)接口设计，是针对不同电路板设置视频解码器，包括视频编码器的初始化及其配置等。采用此方式设计TMS320DM642视频输入驱动时，需配置DSP／BIOS参数：正确配置Input／Output下DeviceDrivers中的User-DefinedDrivers项，包括Init function、Function table ptr、Function table type、Deviceid、Device params ptr、Device global data ptr等参数。DSP／BIOS各参数配置完成后，DSP程序包含vport.h、vportcap.h、saa7115.h，并对SAA7115初始化及其配置，视频数据输入直接调用器件支持的API函数，即可完成视频输入驱动设计。
3.3视频输出设计 视频输出的编码器采用Phillips公司SAA7105。SAA7105与SAA7115是配套使用的一对器件。图3是视频输出驱动框图，在显示操作期间。数据从存储器加载到帧缓冲器中，然后通过EDMA传输给视频端口FIFO，视频端口再将数据传输至视频编码器进行显示。EDMA中断在每帧数据从存储加载完成后触发，此中断用于管理帧缓冲器和EDMA重新加载更新数据。


视频输出驱动设计与视频输入驱动设计类似，DSP／BIOS中各参数配置完成后，DSP程序中包含vport.h，vportdis.h，saa7105.h，并对SAA7105进行初始化以及配置，视频数据输出直接调用器件支持的API函数，即可完成视频输出驱动设计。
3.4数据处理设计
数据处理设计分为两步，第一步确定算法，第二步将确定好的算法用DSP程序代码实现。确定算法利用功能强大且容易使用的Matlab软件实现，在Matlab环境中设计算法并对其仿真，仿真结果正确后即可确定算法。DSP代码按照图4所示的C6000系列代码开发流程进行设计。代码开发流程分为三个阶段：第一阶段产生C代码，第二阶段优化C代码，第三阶段编写将C代码转换为线性汇编或汇编代码并对其优化，直到程序代码满足要求。


整个设计中代码的优化是核心，只有通过优化代码的效率才能保证满足既定的要求。代码优化的步骤及方法：
1)CCS编程环境中设置编译优化级别为-o3，并按照C代码的优化法则对代码做一些手动的初步优化。
2)经过优化后的C代码效率不能达到要求时将C代码转换为线性汇编代码让编译器作进一步优化。
3)如果还不能达到要求，则将线性汇编代码转换为汇编代码，并且手动调整代码顺序，改变代码的并行及流水能力，如此通过不断地对代码的调整，使代码的执行效率达到要求。
4 应用实例
利用TMS320DM642EVM硬件平台对PAL格式的图像进行旋转处理，算法设计时插值算法采用最近临插值算法。整个软件采用C语言编写，程序运行结果不理想，图像有明显的停滞现象。将耗时最多的旋转算法代码部分转换成汇编代码，并对其优化，重新调整代码次序，增加代码的并行及流水能力，代码执行效率大大提高，程序运行流畅无滞留，运行速度满足实时要求。
5 结束语
TMS320DM642提供的专用视频端口通过EDMAs传输数据使视频的获取及输出非常简单；同时TMS320DM642支持的视频驱动设计模式大大简化视频输入输出驱动设计的工作量，从而简化了整个图像处理系统的设计，节省了设计时间，从而保证了系统设计的高效性。基于TMS320DM642的图像处理系统设计简单，设计周期短，是图像处理系统较为理想的选择。