基于DSP的图象采集与处理系统的设计

基于DSP的图象采集与处理系统的设计

图像处理系统的一个关键问题就是数据量庞大，数据处理相关性高，实时实现比较困难。即使采用高速单片机也无法满足实时处理的需求，而DSP芯片则具有速度快，信号处理功能强大，实时性好等特点，因此，将DSP用于图像处理可使这一难题得到较好的解决。

　　1 系统构成

　　本系统采用基于CameraLink接口的图像输出相机。DSP采用TI的TMS320C6711，这是一种高性能DSP处理器，其工作频率为150 MHz，最大处理能力高达900MFLOps，该DSP既可满足高速处理要求，又可满足高精度运算时的浮点要求。

　　本图像处理系统主要包括图像采集模块(由MDR26连接器DS90CR288A和IDT72V283组成)、图像处理模块(由DSP器件TMS320C6711、SDRAM图像存储器和FLASH程序存储器等组成)以及图像输出系统(USB和FPGA)等。该系统的构成原理框图如图1所示。其基本工作过程是将高速CCD相机采集到的图像数据通过电缆接入MDR26连接器，然后再接入LVDS线路接收器DS90CR288A以将其恢复成并行TTL信号，同时分离出8位图像数据和3个控制信号。而同步FIFO作为数据缓存则不会造成数据的丢失。当其数据达到半满时，HF有效，此时可触发DSP中断以通知DSP将FIFO中的数据取走，并开始进行数据处理。DSP与USB的数据传递建立在消息和中断信号基础上，当DSP或USB任何一方有数据发送时，发送方先将数据和消息送到FPGA，然后用I／O脚触发中断至接收方，接收方接到中断后再到FPGA中读取消息，然后根据消息的内容读取数据。

　　本系统设计充分利用了TMS320C6711中EDMA的优势，并用EDMA来进行整个系统的数据传输。由于EDMA可以进行背景操作，因而其整个采样和输出过程基本不影响操作。同时，也利用了TMS320C6711的二级缓存结构，再加上系统外围采用高速的数据存储器芯片，因而大大提高了整个系统的处理速度。

　　2 图像采集与处理

　　2.1 Camera Link技术

　　Camera Link技术的核心是美国NS(NationalSemiconductor)提出的一种高速数据传输方法—Channel Link传输方法技术，该技术主要用于数字图像数据的高速传输。该技术采用LVDS信号模式，但比先前的RS644传输方法具有明显的优点。LVDS(Low Voltage Differential Signaling)是最近发展起来的一种利用低电压差分信号模式的传输技术。LVDS信号是以+1.2 V为基准的300 mV差分形式，其低电压摆幅差分模式具有高速传输数据时交叉干扰小，EMI干扰小等特点。ChannelLink采用LVDS方式传输数据，它将28位数据转换成串行方式在4对线路上进行传输，然后再用另外一对线路传输时钟信号，其最高传输率可达2.38 Gb／s。传输距离可达10 m。NS的LVDS发送器DS90CR287可用于完成并行TTL／CMOS信号到LVDS信号的转换，LVDS线路接收器DS90CR288则用来将LVDS信号还原成并行TTL／CMOS信号。

　　2.2 TMS320C6711 DSK简介

　　本系统采用美国TI公司的TMS320C6711DSK(DSP Starter Kit)开发工具。这是由TI公司提供的一套独立的C6000开发实验平台，这种开发工具集成了一些基本的应用电路，它既可以帮助用户评估和开发C6000系列DSP的功能，也可以作为DSP初学者的学习工具。它的硬件由6711 DSP构成，主频为150 MHz，凭借其二级高速缓存及VLIW (very long instruction word)架构，每秒可执行900万次浮点运算(MFLOPS)。DSK可以提供双时钟，通过设定可使CPU工作在150 MHz，而使扩展存储器接口(EMIF)工作在100 MHz。 DSK上设计有16 M字节／100 MHz的SDRAM和128 K字节的ROM。SDRAM由TMS320C6711为其产生所需的控制信号和刷新信号。最大刷新周期可达15.625 ms。HPI接口可通过并口连接所有的DSP存储空间，并有子卡接口所需的存储器和外围连接接口及嵌入式JTAG仿真功能。