摘要: 本文推出的是，根据实际项目应用，自主研发的一种基于TMS320DM642嵌入式视频/图象处理平台，其具有通用性的特点；并具有内存条、CF卡等海量存储体，可存储海量视频/图象数据；硬件接口丰富，方便扩展。本平台在车牌识别系统项目中得到实际应用，效果良好。
   关键词: DM642；视频/图象；通用平台；车牌识别系统

1  引言
   采用PC机作为视频/图象处理平台的系统，优点是PC机具有良好的可扩充性和灵活性，但在视频/图象应用处理方面有诸多缺点，例如：体积大、功耗大，操作系统稳定性差，维护难，在恶劣环境中长时间工作的可靠性差等。同时，PC机采用的通用处理器在视频/图象处理的性能上明显比不上专用于图象处理的DSP处理器。
   根据应用要求，我们成功开发出一种基于DSP—TMS320DM642（以下简称DM642）的嵌入式视频/图象处理的通用性平台。可主要应用于多媒体产品，特别是网络流媒体；视频会议系统，图象算法研究；多路视频/图象监控等领域。TI公司的DM642是一款专门面向数字多媒体应用的专用DSP，它基于其第二代高性能的VelociTI VLIW[1]结构。该DSP时钟高达600MHz，有8个并行运算单元，处理能力达4800MIPS（每秒百万条指令）。在600MHz的时钟频率下，DM642每秒可以进行48亿次8位的乘累加运算。这样强大的运算能力，使得DM642可以进行实时的多通道视频处理和图象处理。具体性能如下：
   • 两级缓存结构；
   • 64bit EMIF（外部寄存器）；
   • 64个EDMA通道；
   • 3个可配置的视频接口，可以和视频输入、输出或传输流输入无缝连接；
   • 多通道音频串行端口（McASP）；
   • 两个多通道有缓存的串口（McBSP）；
   • 3个32bit通用定时器；
   • 用户可配置的16bit或32bit的主端口接口（HPT16/HPT32）；
   • 66MHz 32bit PCI接口；
   • 10/100Mbps以太网（EMAC）；

2  平台结构
   嵌入式视频/图象处理平台，硬件接口丰富，方便扩展，用途广泛，可作为一种视频/图象处理的通用性平台。
   具体技术性能指标和参数如下：
   • DM642可以工作于600MHz，内部配置有16KB程序Cache、16KB数据Cache、256KB二级Cache（RAM）
   • 外部扩展SDRAM内存条：容量最大可达512MB，133MHz全速运行
   • Flash Memory：4MByte；读写周期为90ns
   • 2路视频输入：包括数字视频、S端子/YC、复合视频等3种接口
   • 1路视频输出：包括S端子/YC、复合视频等2种接口
   • 1 路音频输入: 包括音频线路、音频话筒等2种接口
   • 1 路音频输出: 为音频线路接口
   • 异步串行接口：2个 符合EIA RS-232C/D标准
   • 以太网接口：1个10M/100M以太网接口（RJ45）符合IEEE802.3
   • 具有看门狗电路
   • CF卡接口，CF卡容量标配为512MB
   • 输入/输出IO接口：输入口10个，输出口2个。
   • 电源：单一直流电源供电（＋12V）；电流＜500mA
   本平台主要由八大部分功能单元组成，分别是视频输入/输出、音频输入/输出、内存条存储、CF卡存储、网络、串口和电源管理。其结构框图如图1所示。
   嵌入式视频/图象处理平台硬件结构布置图如图2所示。

图1  嵌入式视频/图象处理平台功能单元结构框图

图2  嵌入式视频/图象处理硬件结构布置图

   本平台的内存条、CF卡等海量存储体是一个突出特点，可存储海量视频/图象数据，运行大型复杂算法程序。同时，为引入实时操作系统也提供了容量保证，如在我们的应用中，就使用了TI公司CCS[5] 软件开发平台上集成的DSP/BIOS[5]实时操作系统。

3  平台关键技术
3.1  视频输入/输出
   主芯片DM642的最大特点是芯片内部集成了三个可配置的视频端口[2]，这些视频端口可与通用视频A/D转换芯片的无缝连接，因而让硬件设计简洁可靠。
   视频输入A/D转换器采用PHILIPS公司的SAA7113[3]芯片，其采样精度达到9bit,输出支持BT.656等格式。SA7113支持四路CVBS(复合模拟视频输入)、两路S-VIDEO（S端子信号）输入或两路Y/C视频输入。DM642通过IIC总线控制SAA7113的内部寄存器。本平台支持2路视频输入包括数字视频、S端子/YC、复合视频等3种接口。
   视频输出D/A转换器采用PHILIPS公司的SAA7103[3]芯片。SA7103支持2路CVBS(复合模拟视频输出)、1路S-VIDEO（S端子信号）输出或1路RGB输出，支持多种格式的数字RGB和YUV视频信号输出。PAL（50Hz）或NTSC（60Hz）视频信号的分辨率达800×600。DM642通过IIC总线控制SAA7103的内部寄存器。本平台支持1路视频输出包括S端子/YC、复合视频等2种接口。
3.2  海量存储器——内存条
   数据存储空间RAM采用SDRAM内存条，容量最大可达512MB。注意内存条的芯片配置必须与DM642的64位数据总线EMIF[1]（外部存储器接口）的SDRAM接口配合，行列地址必须对应连接，每根内存条的容量可选用32MB到256MB，容量不同，行列地址不同，通过焊接零欧电阻连通或断开线路。对应行列地址线如表1所示。

表1  DSP行列地址线与内存条容量对应表

   若需256MB的SDRAM容量空间，可选用金士顿公司KVR133X 64C3L/256，8 ×32M× 8-bit (8M × 8-bit × 4 Bank)型号的内存条。平台中的SDRAM可用来存放系统运行时的代码以及海量临时视频/图象数据。
3.3  资源配置
   (1)EMIF（外部寄存器）配置。EMIF 可设置4个独立地址的区域（CE0—CE3）。本平台硬件资源的存储空间配置如表2所示。

表2  硬件资源的存储空间配置表

   (2)FLASH/CF卡存储器
   本平台扩展4MB的FLASH或512MB的CF卡用来保存系统自启动代码以及系统程序代码。FLASH型号为： AM29LV033C。CE1空间最多为256MB, CE1的可利用地址空间小于FLASH的空间，所以利用3个I/O口可产生8个扩展页的选页控制信号，4MB的存储空间分8页访问，每页为512KB。CF卡的寻址方式采用IDE模9式。
   (3)通信及I/O接口
   DM642内置以太网控制器（EMAC），属于数据链路层，故外接物理层芯片进行网络通信。该芯片采用RTL8201BL，可以方便地和DM642连接。它提供MII（Media Independent Interface）接口，
   本平台扩展两个串口（UART）接口，均为全信号驱动，该芯片采用TL16C752B，它提供两个全信号串口接口，另外配合两片MAX3243电平转换。
   DM642的IO接口除标配的16个通用IO口外，未用的视频数据口也可配置为通用IO口 ，本平台的视频数据2口的高10位配置为输入口用。
3.4  硬件驱动程序
   传统的DSP程序开发包含两方面程序：即配置、控制、中断等管理DSP片内外设、接口的硬件相关程序和基于应用的算法程序。这样的系统结构，应用程序与硬件相关程序紧密的结合一起，限制了程序的可移植性和通用性。一旦硬件平台有变化，往往与硬件程序捆绑一起的应用程序也需改动，代码的维护性和可移植性均不高。
   本平台通过建立硬件驱动程序的开发模式，可使上述现象得到改善。驱动程序的结构图如图3所示。

图3  硬件驱动程序结构图

   采用FVID[4]（帧视频驱动程序）作为数据缓冲器管理器，应用程序仅需知道如何接口FVID，无需了解下层硬件细节，应用程序与硬件之间使用统一的API调用。这样，硬件工程师与软件算法工程师可以各司其职，符合复杂项目开发的特点。
   视频帧缓冲器由驱动程序分配，应用程序和驱动程序交换帧缓冲器实现数据传输，具体用到三个函数，FVID_alloc：驱动程序将 帧缓冲器交给应用程序进行相应处理；FVID_free：应用程序将帧缓冲器交给驱动程序；FVID_exchange：应用程序将 帧缓冲器交给驱动程序。视频帧缓冲器采用三缓冲管理，但视频采集缓冲器与视频显示缓冲器的管理策略是不相同的。
   以太网接口驱动程序，实现图象／视频数据的网络传输。利用TI提供的网络开发组件(NDK)作为 DSP开发网络应用程序平台。
3.5  视频数据传输
   视频数据采集利用DM642的 EDMA通道完成视频数据从视频数据存储区到SDRAM的传输，视频数据显示驱动的数据流方向则相反。视频/图象数据传输图如图4所示。视频端口的数据在没有CPU参与的情况下，使用两个EDMA[2]通道进行数据传输。实现片内存储器、片内外设在及外部存储空间之间的数据高速搬移。

图4  视频/图象数据传输图

4  结束语
   本平台在车牌识别系统项目中得到实际应用，摄像头捕捉车牌图象，视频/图象处理DSP平台通过视频口采集图像信息，实时运行车牌图像处理的识别算法，并将结果通过网络接口上网传输进入数据库。经过实际测试，基本可替代PC机作为视频/图象处理平台，应用前景良好。
   综上，本平台具有通用性的特点，音、视频等接口丰富，存储体可存储海量视频/图象数据，方便引入实时操作系统，可以推广到视频/图象处理的其它领域。

参考文献
[1] TMS320DM642 Video/Imaging Fixed-Point Digital Signal Processor Data Manual  Literature Number: SPRS200G July 2002 − Revised August 2004
[2] TMS320C64x DSP Video Port/VCXO Interpolated Control (VIC) Port Reference Guide  Literature Number: SPRU629C August 2004
[3] SAA7103 Digital video encoder;  SAA7113H 9-bit video input processor datasheet
[4] The TMS320DM642 Video Port Mini-Driver.Literature Number: SPRA918A - August 2003
[5] 李方慧，王飞，何佩琨.TMS320C6000系列DSPs原理与应用（第2版）.北京：电子工业出版社，2003.