隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像采集處理技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用在國民經(jīng)濟生活的各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)的圖像采集處理大多基于計算機，受計算機體積與功耗的限制，圖像采集處理技術(shù)的應(yīng)用不能進一步得到普及和推廣 基于DSP的圖像采集處理系統(tǒng)具有體積小，功耗低，可擴展，利于實現(xiàn)便攜式設(shè)計等特點，因此采用DSP進行圖像采集處理逐漸成為一種趨勢。DSP（DIGITAL signal processor）是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。

　　在以DSP為的視頻處理系統(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。

　　硬件系統(tǒng)設(shè)計

　　本節(jié)是主要介紹圖像采集處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計。在圖像采集處理系統(tǒng)中，如何完整、真實地采集到現(xiàn)實對象的圖像數(shù)據(jù)是非常重要的。圖像采集的性能好壞直接影響到后續(xù)的圖像處理和圖像識別等功能模塊。因此，設(shè)計一個快速、實時的圖像采集硬件系統(tǒng)是非常重要的。

　　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。

　　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。

　　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

　　增強型直接內(nèi)存存?。‥DMA），是數(shù)字信號處理器（DSP）中用于快速數(shù)據(jù)交換的重要技術(shù)，具有獨立于CPU的后臺批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，能夠滿足實時圖像處理中高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。以TI公司的TMS320DM642型DSP為例，介紹EDMA控制器的特點。結(jié)合實例給出EDMA在圖像數(shù)據(jù)實時傳輸中的具體控制和實現(xiàn)方法。實驗結(jié)果表明，通過靈活控制EDMA不僅能夠提高圖像數(shù)據(jù)的傳輸效率，而且能夠充分發(fā)揮：DSP的高速性能。

　　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。

　　本系統(tǒng)采用EDMA的第12個通道(EDMA12)進行圖像數(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OV7620HREF數(shù)據(jù)輸出的結(jié)束。如果接下來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*/

　　}

　　}

　　EDMA數(shù)據(jù)傳輸有兩種發(fā)起方式：（1） CPU發(fā)起的EMDA數(shù)據(jù)傳輸（非同步方式）：需要傳輸時，CPU設(shè)置ESR寄存器的相應(yīng)位為1，從而觸發(fā)一個EDMA事件的產(chǎn)生，事件對應(yīng)的通道參數(shù)被送往地址硬件并且完成相應(yīng)的處理，這種非同步方式的實時數(shù)據(jù)傳輸無需設(shè)定EER寄存器；（2）事件觸發(fā)方式EDMA數(shù)據(jù)傳輸（同步方式）：ER寄存器保存外設(shè)發(fā)送過來的事件，一旦CPU設(shè)置EER寄存器的相應(yīng)位為1后，ER中的事件才會提交給事件編碼器（Event Encoder），并且進一步引起相關(guān)的傳輸參數(shù)的發(fā)送給地址產(chǎn)生硬件；如果EER中對應(yīng)于某事件的位沒有置1，則ER寄存器中的事件將保留，一旦置1則觸發(fā)EDMA的傳輸，這種特性可以應(yīng)用到EDMA Chain傳輸，需要EER和CCER結(jié)合使用。

　　LCD模塊的驅(qū)動

　　采用液晶顯示模塊可以使圖像處理結(jié)果實時顯示出來，方便調(diào)試和演示，成本也較低。本系統(tǒng)選用北京寧和電子科技發(fā)展有限公司開發(fā)的NHC_34彩色液晶顯示控制模塊。該模塊支持256色彩色顯示，每個像素點用1個字節(jié)表示，分辨率為320×234；支持標(biāo)準(zhǔn)Intel8位異步總線時序，有2頁顯示緩存，可任意設(shè)定顯示頁和操作頁。

　　LCD模塊讀寫周期短為350ns，而DSP外部總線接口時鐘頻率一般在100MHz以上，即小于10ns。通過配置EMIFCE3空間控制寄存器CECTL3(地址為0x01800014)，可以將CE3空間的讀寫周期延長，與LCD模塊無縫連接。但這樣液晶模塊的讀寫操作會過長地占用系統(tǒng)總線，降低對其他存儲空間(尤其是對SDRAM)的訪問效率，進而影響系統(tǒng)的整體速度。

　　本系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)鎖存和總線緩沖的方法，通過377鎖存器模擬低速總線控制信號時序，利用244數(shù)據(jù)緩沖器對低速總線數(shù)據(jù)進行隔離。圖3給出了DSP與LCD模塊硬件連接圖。系統(tǒng)有2片74HC377(簡稱為“377”)，一片用來鎖存模擬LCD模塊的讀寫控制信號(控制377)，另一片用來鎖存寫入數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)377)，由異步寫使能控制線AWE作為377的觸發(fā)沿輸入；CE3和EA20、EA21經(jīng)過譯碼產(chǎn)生2個377的使能信號，DSP寫數(shù)據(jù)377的地址為0xB0000000，寫控制377的地址為0xB0040000。數(shù)據(jù)377的輸出經(jīng)一片總線緩沖器HC244(寫出244，HC244簡稱為“244”)連接到LCD模塊總線上，該244輸出使能信號來自控制377。另有一片HC244(讀入244)用來將LCD模塊總線接到DSP低8位總線上，其輸出使能信號同樣由CE3和EA20、EA21經(jīng)過譯碼產(chǎn)生，地址為0xB0080000，是DSP對LCD模塊的讀地址。

　　DSP根據(jù)LCD模塊總線時序，通過定時器延時中斷來間隔地寫入數(shù)據(jù)到控制377，以模擬相應(yīng)低速總線的控制信號，并適時從讀入244讀取數(shù)據(jù)（讀周期），或者寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)377（寫周期），就可以完成對LCD模塊的讀/寫操作。LCD寫周期驅(qū)動例程如下（該程序通過延時來控制時間間隔）：

　　#defineSET_CS_LCD（）　ctrl377valu|=0X01；ctrl377reg=ctrl377valu

　　/*向液晶模塊寫入數(shù)據(jù)子程序。subaddress：0～3為A1、A0的值；writevalu：待寫入LCD的數(shù)據(jù)*/

　　voidWrite2LCD（unsignedcharsubaddress，unsignedchar

　　writevalu）{

　　ctrl377valu|=subaddress《3；

　　ctrl377valu&=（subaddress《3）|0XE7；

　　/*根據(jù)A0、A1的值更新ctrl377valu的對應(yīng)位*/

　　ctrl377valu&=～0x23；/*使能CS、WR和LCD_wren*/

　　ctrl377reg=ctrl377valu；

　　/*輸出控制數(shù)據(jù)到377控制鎖存器*/

　　LCD_wr_ reg="writevalu"；

　　/*輸出待寫數(shù)據(jù)到377數(shù)據(jù)鎖存器*/

　　DELAY（WR_LCD_DELAYTIME310）；

　　/*延時T420ns×6=120ns*/

　　SET_WR_LCD（）；

　　/*置位WR信號，上升沿將數(shù)據(jù)寫入LCD*/

　　& DELAY（WR_LCD_DELAYTIME）； /*延時20ns*/

　　SET_CS_LCD（）；

　　/*置位CS，使地址信號無效*/

　　DELAY（WR_LCD_DELAYTIME35）；/*延時100ns*/

　　SET_WREN_LCD（）；

　　/*寫出244輸出禁止，數(shù)據(jù)無效*/

　　DELAY（WR_LCD_DELAYTIME32）；

　　/*延時40ns，周期結(jié)束*/

　　}

主  程序描述了完成系統(tǒng)功能的變量、常量、main函數(shù)、EDMA中斷服務(wù)程序和系統(tǒng)初始化程序的定義。系統(tǒng)初始化函數(shù)完成芯片支持庫、中斷服務(wù)表、中斷模塊、GPl0模塊、EDMA模塊、MCBSP模塊、EMIFA模塊、定時器模塊和傳感器處理器XRD98L23ACD的初始化。E3MA中斷服務(wù)程序完成EDMA目標(biāo)地址參數(shù)的修改和相關(guān)變量計算。Main函數(shù)調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù)，然后啟動定時器，響應(yīng)EDMA中斷。

　　軟件系統(tǒng)設(shè)計

　　軟件采用TI公司提供的Code Composer Studio開發(fā)環(huán)境，用TMS320C6416芯片支持庫API開發(fā)方式，C語言編程開發(fā)。軟件設(shè)計包括CMD連接命令設(shè)計、中斷服務(wù)表設(shè)計、主程序設(shè)計。

　　軟件系統(tǒng)流程如圖4所示。DSP在復(fù)位完成之后首先進行系統(tǒng)的初始化，配置鎖相環(huán)、EMIF和GPIO，并硬件復(fù)位OV7620，通過GPIO模擬SCCB總線配置其內(nèi)部功能寄存器，之后對LCD模塊清屏。當(dāng)EDMA沒有被使能時，OV7620的同步信號仍能被EDMA事件寄存器捕獲并保持，所以把EDMA的初始化放在OV7620和LCD模塊的初始化之后，并在使能之前清事件標(biāo)志。在中斷被使能之后，OV7620的幀同步信號會觸發(fā)系統(tǒng)中斷，開始進行數(shù)據(jù)的循環(huán)采集，并在每幀數(shù)據(jù)采集完成之后置位相應(yīng)標(biāo)志，通知主程序進行處理。主程序在接到通知后對OV7620的原始數(shù)據(jù)進行插值和平滑，生成待處理的RGB24位色圖像數(shù)據(jù)。圖像處理和運算的結(jié)果被送到LCD模塊進行動態(tài)顯示，LCD的顯示任務(wù)主要由中斷服務(wù)程序完成，而此時主程序已開始等待和處理下一幀圖像。

　　結(jié)論

　　本文設(shè)計了一種基于基于DSP的圖像采集處理系統(tǒng)，本文作者創(chuàng)新點：提出一種通過總線隔離和地址譯碼，只使用簡單的邏輯芯片將OV7620接入DSP，并充分發(fā)揮EDMA獨立傳送的特點的方法，實現(xiàn)了僅占用少量DSP資源的多圖像采集處理系統(tǒng)。經(jīng)過大量仿真和電路板調(diào)試，證明該方案靈活有效，能夠在工業(yè)監(jiān)測、醫(yī)療診斷等圖像實時采集領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。