ＴＭ３２０ＤＭ６４２為核心的視頻圖像處理器外圍電路設計

摘 要：探討以M320DM642為核心的實時視頻數(shù)字圖像處理器的總體結(jié)構(gòu)。重點闡述圖像處理器的外圍電路設計，包括其各部分功能以及所選用的主要器件，同時針對視頻圖像處理算法的性質(zhì)，對視頻圖像處理過程中圖像數(shù)據(jù)的存放位置給出了一定原則。該設計系統(tǒng)充分發(fā)揮數(shù)字信號處理器(DP)M320DM642的高性能特點。最后指出該設計系統(tǒng)的主要特點及其自身具有的優(yōu)越性。

關鍵詞：M320DM642；實時視頻；數(shù)字圖像處理器；外圍電路；視頻圖像處理

Design of Peripheral Circuit for Video Image Processor with M320DM642

LIU Zhoufeng1，XU Qingwei1，ZU Yawei2

(1chool of Electronic Information，Zhongyuan University of echnology，Zhengzhou，40007，China;

2Broadcast and Information Network Ltd，Zhengzhou，40007，China)

Abstract：he total structure of real-time video digital image processor with M320DM642 is discussed in the paper，which presents the design of the peripheral circuits emphatically，functions of peripheral parts and main devices are includedCertain priciples for the stored image data address are afforded according to the algorithmic property of video image processinghis system utilizes adequately high powered characteristics of DP M320DM642At last，the main characteristics of the systemic configurations are introduced in this paper，which includes the systemic configurations′ own advantages

Keywords：M320DM642;real-time video;digital image processor;peripheral circuits;video image processing

由于圖像的數(shù)據(jù)量大，同時系統(tǒng)要求實時地對圖像進行處理，所以解決處理的速度便是一個關鍵技術(shù)問題。高速DP器件M320DM642的引入不僅會極大地提高視頻圖像處理的速度，也將使算法的選擇更為靈活和多樣化。該器件擁有功能強大的外存接口(EMIF)和主機接口(PI)，將使整個圖像處理器的結(jié)構(gòu)更簡單、體積和功耗更小、實用化水平更高［1］。

1 視頻圖像數(shù)字處理器的構(gòu)成

采用TM320DM642的實時視頻圖像數(shù)字處理器，主要功能有:視頻采集(視頻解碼)、高速處理卡(DP)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換(視頻編碼)、視頻合成(復合視頻、超級視頻)[2]。外圍電路主要包括CCD高速攝像機、視頻解碼器、視頻編碼器、執(zhí)行機構(gòu)CPLD和TM320DM642外部存儲器接口(EMIF)連接的DRAM圖像幀存儲器、FLA程序存儲器，及其他DP外圍電路(復位、電源連接、JTAG調(diào)試端口)等。圖1為該處理器的結(jié)構(gòu)圖。

2T M320DM642芯片簡介

TM320C6000系列DP芯片是目前最先進、性價比最優(yōu)的DP芯片之一。采用TM320DM642，高性能32位定點DP，工作主頻最高達720 Mz，處理性能可達 760 MIP?？蓪崟r實現(xiàn)多路數(shù)字視頻/音頻的編碼運算。 其主要特點包括：具有VelociI先進VLIW結(jié)構(gòu)內(nèi)核；片內(nèi)集成大容量RAM；16/32/64 b高性能外部存儲器接口(EMIF)提供與DRAM，BRAM和RAM等同步/異步存儲器的直接接口；片內(nèi)提供多種集成外設(多通道DMA/EDMA控制器、多通道緩沖串口McBP、多通道音頻串口McAP、32 b通用計數(shù)器 Timer、支持多種復位加載模式Boot)；內(nèi)置靈活的PLL鎖相時鐘電路［3］。

3 視頻圖像處理器外圍電路

31 視頻采集與數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路

視頻采集電路選用的主要芯片為解碼器VP10，它可以接收2路復合視頻信號(CVB)輸入和1路超級視頻信號(Y/C)輸入。如圖2所示。

視頻信號輸入范圍為07 Vpp，而外部視頻信號輸入范圍一般為1 Vpp，所以外部視頻輸入與VP10視頻輸入之間串接18 Ω和6 Ω到地分壓電阻網(wǎng)絡，使用前一定要將視頻信號輸入范圍調(diào)整到1 Vpp。

DM642用通用I/O口GP0［0］控制I2C總線的切換，GP0［0］為“0”時，選通第1和第2通道VP10，而GP0［0］為“1”時，則選通第3和第4通道VP10。

數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路芯片為編碼器為AA7121，DM642的4個VP口已經(jīng)均被VP10所使用，因此，AA7121只能與其中的的一VP10復用一個VP端口，這里選擇VP0A端口。圖3所示為視頻輸入輸出接線圖。

32 執(zhí)行機構(gòu)CPLD

CPLD(復雜可編程邏輯器件)，是在傳統(tǒng)的PAL、GAL基礎上發(fā)展而來。憑借半導體工藝技術(shù)及CAD工具的發(fā)展，如今1片CPLD可以代替幾十乃至上百片PAL，GAL，可提供十萬門以上的可用門。與FPGA相比，CPLD比較適合計算機總線控制、地址譯碼、復雜狀態(tài)機、定時/計數(shù)器、存儲控制器、DMA控制器、CACE控制器、圖形控制器、數(shù)據(jù)壓縮編碼等I/O密集型應用，且具備無需外部配置ROM、時延可預測等特性。目前的CPLD普遍基于E2和FLA電可擦技術(shù)，可實現(xiàn)100次以上擦寫循環(huán)。考慮到該系統(tǒng)設計方案，選用了型號為CY37064P100的復雜可編程邏輯器件，工作電壓為33 V。

33 外部存儲器接口(EMIF)電路

數(shù)據(jù)存儲器采用DRAM有2個優(yōu)點:一是速度高，由于同步存儲，存取時間可達6~7 ns；二是單片的容量大，有利于減小整個圖像處理系統(tǒng)的體積。注意并非所有的DRAM器件都能夠?qū)崿F(xiàn)與M320DM642的無縫接口(glueless interface)。只有那些Precharge(Deactive)管腳對應為A10的DRAM才能與M320DM642的EMIF完全兼容［4］。 

其中DRAM對應DM642上的CE0映射的地址空間，使用2片32位數(shù)據(jù)總線的同步動態(tài)RAM，高32位存儲在1片RAM中，低32位存儲在另一片RAM中，滿足DM642 64位數(shù)據(jù)總線要求。DRAM在CE0子空間的具體定位為：0x80000000~0x81FFFFFF。

系統(tǒng)的代碼固化在FLA中，F(xiàn)LA在CE1子空間占據(jù)的具體空間定位為：0x90000000~0x9007FFFF。DM642只提供20根外部地址總線，所以CE1子空間最大尋址范圍為1 M×8 b，EED-VPM642板上CE1子空間除了分配給FLA以外，還分配給狀態(tài)/控制寄存器、UARA、UARB等資源使用，其中FLA只占CE1子空間的前一半的尋址空間，即最大可尋址范圍為12 k×8 b，而FLA的設計容量為4 M×8 b，所以采用分頁技術(shù)實現(xiàn)對FLA的訪問，即將整個4 M×8 b的FLA分成8個12 k×8 b的頁，而頁地址PA21，PA20，PA19則由頁地址寄存器提供(頁地址寄存器位于CPLD中)。 

M320DM642有多種上電自舉方式，通過復位時AEA［22:21］引腳的狀態(tài)來選擇，有FLA，PI或PCI三種自舉方式。該電路默認方式為EMIFA通過8 b的FLA自舉。

34 其他DP外圍電路

時鐘電路為M320DM642提供時鐘。輸入時鐘CLKIN為0 Mz，CLKMODE［1：0］上拉或下拉為10，即片內(nèi)PLL設置為×12，CPU內(nèi)核頻率為600 Mz。而片上外設總線、EDMA傳輸和L2存儲器的工作頻率為CPU內(nèi)核的1/2，即300 Mz；片上定時器工作頻率為7 Mz。

M320DM642的核(CORE)電壓為14 V，I/O電壓為33 V，因為需要2種電源，所以要考慮供電系統(tǒng)的配合問題。在加電過程中，應當保證內(nèi)核電源先上電，最晚也應該與I/O電源一起加。關閉電源時，先關閉I/O電源，再關閉內(nèi)核電源。

講究供電次序的原因在于：如果僅CPU供電，I/O對芯片不會產(chǎn)生損害，只是沒有輸入、輸出能力而已；如果反過來，周邊I/O得到供電，而CPU內(nèi)核沒有加電，那么芯片緩沖/驅(qū)動部分的晶體管將在一個未知狀態(tài)下工作，這是非常危險的。

正因為如此，電路中設計了復位電路，它不僅提供系統(tǒng)上電、工作電壓異常時的自動復位及人工控制復位，而且也方便調(diào)試電路。

M320DM642的仿真接口為JAG形式，能與各種形式的仿真器相連接。JAG端口為整個系統(tǒng)的仿真調(diào)試提供了方便，借助于I公司的CC開發(fā)環(huán)境以及與JAG端口相連的硬件仿真器C64xx XD10 Emulator，可以實時監(jiān)控M320DM632的內(nèi)部工作狀態(tài)。

4 視頻圖像處理過程中圖像數(shù)據(jù)的存放 

在由內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM，片外數(shù)據(jù)RAM構(gòu)成的DP數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，為了獲得較快的處理速度，必須注意數(shù)據(jù)的存放位置。這里，針對視頻圖像處理算法的性質(zhì)給出以下原則［4］:

(1) 幀內(nèi)處理算法，處理時所用到的只是當前幀的一部分數(shù)據(jù)。需要存放的數(shù)據(jù)量很小，此時待處理以及處理過的視頻數(shù)據(jù)可以同時存放于片上RAM；

(2) 幀間處理算法，涉及到的數(shù)據(jù)量超過2幀以上，則待處理的數(shù)據(jù)及處理過的數(shù)據(jù)均存于DRAM上。片內(nèi)RAM只存放運算的中間結(jié)果；

(3) 片上數(shù)據(jù)的存放應注意地址沖突問題。

結(jié) 語

該圖像處理器方案具有處理速度快、實時性相對較好的特點。使過去因運算量太大而無法實現(xiàn)的算法，在高速DP系統(tǒng)上就可以實現(xiàn)，并且該系統(tǒng)控制靈活，有PI(PCI)以及通用異步串行接口，可以方便地與單片機連接。這樣，許多系統(tǒng)級的控制工作就可由單片機來完成。目前，M320DM642 DP芯片超強的運算性能正日益受到重視，它的發(fā)展前景不可估量。

參 考 文 獻

［1］張雪松，倪國強，周立偉帶有DP芯片的新型實時數(shù)字圖像處理系統(tǒng)［J］光學技術(shù)，1997，4(4):16-18

［2］Downton A，Crookes DParallel Architectures for Image Processing［J］ElectronicsCommunication Engineering Journal，1998，10(3):139-11

［3］李方慧，王飛，何佩琨M320C6000系列DPs原理與應用［M］北京:電子工業(yè)出版社，2003

［4］任麗香M320C6000DPs的原理與應用［M］北京:電子工業(yè)出版社，2000

陸佩蕓，宋瑩，季曉勇M320C6000 DP系統(tǒng)的引導設計［J］微型機與應用，2004(3):9-11

[6]劉建，關華基于M320DM642的MPEG4編碼器的設計與實現(xiàn)[J]現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30(13):68-70

作者簡介

劉洲峰 女，1962年出生，河南新鄉(xiāng)，博士，教授。研究方向為圖像處理及模式識別。

徐慶偉 男，1980年出生，碩士。研究方向為圖像處理及模式識別。