基于DSP的最小圖像采集處理系統(tǒng)設(shè)計

引言

在以DSP為核心的視頻處理系統(tǒng)中，視頻采集的方法通常可以分為兩大類：自動的視頻采集和基于DSP的視頻采集。前者通常采用CPLD/FPGA控制視頻解碼芯片，通過FIFO或者雙口RAM向DSP傳送數(shù)據(jù)，特點是數(shù)據(jù)采集模塊獨立運(yùn)行，占用DSP資源少，但實現(xiàn)相對復(fù)雜，成本偏高；后者通常由DSP控制視頻解碼芯片并同步各種時序，將視頻數(shù)據(jù)讀入。其特點是實現(xiàn)相對簡單，成本有所降低，但對視頻解碼芯片的控制較為復(fù)雜，占用DSP處理時間。

如果通過適當(dāng)?shù)倪壿嬰娐纷寯?shù)字圖像傳感器芯片直接接入DSP，則可省去視頻控制解碼芯片、CPLD/FPGA、FIFO或雙口RAM，在不增加DSP軟件開銷的情況下，大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本，縮短開發(fā)周期。

硬件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。DSP采用TI公司發(fā)布的C6000系列高速浮點型信號處理器TMS320C6713，其峰值處理速度達(dá)1350MFLOPS(百萬次浮點每秒)。其外部存儲器接口EMIF(External Memory Interface)包括4個CE空間，其中CE0被配置為16位同步空間，接SDRAM；CE1為16位異步空間，接Flash；CE2為16位異步空間，經(jīng)過地址譯碼和總線緩沖將數(shù)字圖像傳感器OV7620接入；CE3為8位異步空間，經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存和總線隔離將LCD顯示模塊接入。

圖1　DSP視頻采集處理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

OV7620的配置和硬件連接
OV7620是OmniVision公司生產(chǎn)的CMOS彩色/黑白圖像傳感器，在本系統(tǒng)中被配置為16位逐行掃描QVGA方式，RGB原始數(shù)據(jù)輸出，分辨率為320×240，SCCB總線，內(nèi)部默認(rèn)的行曝光方式；同時使能HREF信號對PCLK進(jìn)行門控，即只有當(dāng)HREF有效時像素時鐘信號才被輸出到PCLK引腳上，否則該引腳保持無效。這樣EDMA可以始終處在使能狀態(tài)，從而簡化采集過程。

圖2　OV7620與DSP的硬件連接框圖

OV7620與DSP的硬件連接框圖如圖2所示。在對OV7620復(fù)位結(jié)束后，DSP通過GPIO模擬SCCB總線完成對OV7620內(nèi)部功能寄存器的配置，之后數(shù)幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)和同步信號將逐漸穩(wěn)定。Y通道和U/V通道在分別經(jīng)過74HC244總線緩沖器之后接入EMIF低16位數(shù)據(jù)總線。CE2與地址線EA20、EA21經(jīng)過譯碼產(chǎn)生2片74HC244的選通信號，此時OV7620的讀地址為0xA0000000。

EDMA數(shù)據(jù)采集
在16位逐行掃描方式中，圖像的每行RGB原始數(shù)據(jù)均被OV7620先后輸出兩次，因此，只須讀取其偶數(shù)次HREF信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)即可獲得整個圖像信息。這樣可以減少圖像采集所占用的存儲空間和總線資源。

OV7620同步和控制信號與GPIO的對應(yīng)關(guān)系如表1所列。

表1　OV7620同步和控制信號與GPIO的對應(yīng)關(guān)系

本系統(tǒng)采用EDMA的第12個通道(EDMA12)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集。該通道被配置為16位一維傳輸方式，中斷禁止，PCLK的上升沿觸發(fā)EDMA12搬移一個16位數(shù)據(jù)存入到SDRAM中，每次EDMA任務(wù)搬移一個HREF(320個16位)的圖像數(shù)據(jù)。幀同步信號VSYNC上升沿觸發(fā)DSP中斷，對EDMA通道進(jìn)行初始化，使能水平參考信號HREF中斷并關(guān)閉EDMA通道(放棄第1個HREF的數(shù)據(jù))，開始一幀的數(shù)據(jù)傳輸。HREF下降沿觸發(fā)DSP產(chǎn)生中斷，標(biāo)志OV7620一次HREF數(shù)據(jù)輸出的結(jié)束。如果接下來一次HREF數(shù)據(jù)需要被讀入，則中斷服務(wù)程序會對EDMA12參數(shù)進(jìn)行修正，使能EDMA12通道，開始下一行數(shù)據(jù)的傳輸；否則，就禁止EDMA12，放棄下一次HREF數(shù)據(jù)。每接收1幀圖像數(shù)據(jù)共產(chǎn)生240次HREF中斷和120次EDMA數(shù)據(jù)傳輸。以下是OV7620數(shù)據(jù)采集的部分源代碼：

interruptvoidINT6_EXT6(void){
/*VSYNCGPIO6幀同步中斷*/
EDMA_OpenCha(PCLK_EDMA_CHANL)；
/*打開EDMA通道，準(zhǔn)備OV7620數(shù)據(jù)搬移*/
EER&=～(1< /*關(guān)EDMA使能，放棄第1個HREF的數(shù)據(jù)*/
ICR=HREF_INT_CHANL；
/*清HREF(GPIO7)INT7中斷標(biāo)志*/
IER|=HREF_INT_CHANL；
/*使能HREF(GPIO7)INT7中斷*/
}
interruptvoidINT7_EXT7(void){
/*HREFGPIO7水平參考中斷*/
if(!HREF_Data_Switch){
HREF_Data_Switch=TRUE；
/*接下來的HREF數(shù)據(jù)有效*/
(*(EDMA_PARAM_POINTER+PCLK_EDMA_
CHANL)).CNT=IMAGESIZE_WIDTH；
/*修正EDMA傳輸參數(shù)計數(shù)值*/
ECR|=1< /*清上周期遺留的PCLK觸發(fā)事件*/
EER|=1< /*使能EDMA，開始讀下一行數(shù)據(jù)*/
}
else{
HREF_Data_Switch=FALSE；
/*接下來的HREF數(shù)據(jù)無效*/
EER&=～(1< /*禁止EDMA，接下來HREF數(shù)據(jù)不讀*/
}
}