DM642嵌入式圖像融合處理系統硬件設計研究

郝雅婷，馬立新

（中國礦業大學，北京，100083）

在工業監督控制、機器視覺、醫學影像處理領域會應用一些復雜的算法來進行多圖像處理數據，基于這樣的要求傳統的圖像處理系統很難滿足系統處理要求。文章面向實時圖像處理，采用模塊化的設計思想以新一代高性能多媒體專用DSP芯片DM642為核心，打造了體積小、能耗低、應用性強的嵌入式實時圖像處理可拓展硬件平臺。

1 DM642嵌入式圖像融合處理系統的總體架構設計

DM642嵌入式圖像融合處理系統是基于專用數字媒體應用的高性能32位定點芯片DM642進行設計開發的，系統以DM642為核心，由 圖 像 采 集 模 塊、圖像處理模塊、圖像存儲模塊以及電源模塊等構成。系統 的具體工作原理如下所示：在系統通電之后 從 FLASH 加載程序， 完成對DM642 的 初 始 化 并 通 過 I2C 總線來實現對視頻編解碼芯片的參數設定。在設定好參數之后開展進行圖像信息的采集整理，從四路圖像傳感器采集到的模擬圖像信號經過解碼轉換成數字圖像信號后會通過DM642視頻接口傳送到DSP中，再經由內部圖像處理后，通過DM642視頻接口解碼傳出顯示。

DM642嵌入式圖像融合處理系統總體架構如圖1所示。

圖1 DM642嵌入式圖像融合處理系統架構

2 DM642嵌入式圖像融合處理系統的內部配置

■2.1 系統存儲空間

DM642嵌入式圖像融合處理系統程序或者數據存儲空間地址以字節為基本單位進行統一編寫，整個尋址空間的大小為4G，片上存儲器、片上外設、外部的儲存器都能夠映射到4G的字節空間中。DM642通過EMIF接口訪問片外存儲器。

CEO空間，DM642嵌入式圖像融合處理系統CEO子空間會被配置成64位的SDRAM接口，在配置之后信息會同時外擴給SDRAM使用。

CEI空間，DM642嵌入式圖像融合處理系統的CEI空間配置為八位異步靜態存儲器接口，將接口信息分配給系統的Flash、狀態控制寄存器使用。

■2.2 Video Port的配置

DM642嵌入式圖像融合處理系統設置了三個視頻口，其中的VP2是單一功能的視頻口，VP0和VP1則是與McBSP或McASP復用。其功能選擇由DM462上的外設配置寄存器進行配置管理。VP0配置VP0A和VP0B為兩個八位BT.656視頻輸入口，用來連接兩路BT.656標準數字視頻輸入信號。VP1配置VP1A和VP1B為兩個八位BT.656視頻輸入口，用來接通兩路BT.656標準數字視頻輸入信息。VP2配置VP2A為一個八位BT.656視頻輸出口，用來輸出一路BT656標準數字視頻輸入信息。

■2.3 I2C總線配置

DM642嵌入式圖像融合處理系統上集成一條I2C總線，在總線系統中的每一個設備都會有一個對應的唯一地址，可以根據此地址來判斷信號對應哪一個設備。I2C總線對設置為從模式的SAA7121H和TVP5150PBS進行配置。

3 DM642嵌入式圖像融合處理系統硬件設計

DM642嵌入式圖像融合處理系統硬件結構如圖2所示。

■3.1 視頻編解碼芯片的選擇

DM642嵌入式圖像融合處理系統的視頻解碼芯片選擇有TVP5150芯片、SAA7115芯片、ADV7181芯片，文章現就這幾種視頻解碼芯片的使用進行綜合分析。從市場價格上來看，TVP5150芯片的價格相對較低，其價格大約上是另外兩種視頻解碼芯片價格的三分之一。從大小上來看，TVP5150芯片的封裝較小，在使用的時候具備連線操作簡單的特點。從性能上看，TVP5150芯片的性能雖然沒有SAA7115芯片、ADV7181芯片的性能理想，但是它也相對耗能低。在選擇芯片的時候需要綜合考慮封裝大小、功能要求、成本、耗能等因素。所以，本設計應用四片TVP5150芯片用于視頻輸入和一片SAA7115芯片用于視頻輸出以適用于對能耗消耗要求比較高的便攜電子產品。

圖2 DM642嵌入式圖像融合處理系統硬件結構圖

■3.2 電源模塊設計

DM642嵌入式圖像融合處理系統在運作的時候需要得到高精準度、高穩定度的雙電源供電系統支持，系統在設計的時候采用了兩個5V電源驅動開關電源調整器(TPS54310)分別供給DSP的內核電源電壓CVDD(1.4V)和外圍數字電源電壓DVDD(3.3V)，外部附加簡單的延時電路，確保內核電壓先于數字電壓上電。TPS543l0（TI）的輸出精度是1%，完全滿足DSP工作要求。視頻編碼器、時鐘芯片、通用異步收發器和CPLD等還需要3.3V和1.8V供電，選用AMSlll7-3.3V和LM1117-1.8為這些器件供電。在PCB設計中，需要注意把模擬電源和數字電源分割開以免造成噪聲干擾。

■3.3 存儲器模塊設計

本設計需要處理大量的圖像數據，需要通過EMIF增設兩塊同步動態隨機存儲器，SDRAM具有容量大、讀寫速度快，成本小的特點。DM642的數據總線、地址總線和控制引腳都通過一個33Ω的電阻與SDRAM相連接，用以高頻噪聲的過濾，保證信號的平穩。DM642同時需要擴展FLASH存儲器存儲斷電后仍需保存的數據，FLASH具有容量大、體積小、價格低廉的優勢。

■3.4 I2C接口設計

由于一片TVP5150PBS視頻解碼器只能配置為2個不同的從設備地址，需要采用一個I2C通道控制芯片SN74CBTLV3257實現與四片TVP5150PBS的通訊，從而實現多路圖像信號的采集。

■3.5 CPLD模塊設計

DM642的GPIO口只有16個，為進行I/O口的擴展本設計采用CPLD復雜可編程邏輯器件，其型號為EPM3064ATC100,有73個引腳可以配置為I/O口，可以滿足許多功能的拓展需求。

■3.6 時鐘模塊設計

本系統中存在多個不等的時鐘頻率，無法采用標準晶振達到理想效果，因此選用可編程時鐘芯片CY22381，可以通過編程提供所需多路時鐘信號，同時還能節省電路板的面積。

■3.7 串口模塊設計

UART是一種不帶同步調制的全雙工串行傳送方式，為了能夠實現DM642嵌入式圖像融合處理系統和PC機的實時性通信獲得理想的數據信息，系統選擇應用具有較高數據傳輸速率的通用異步收發器TL16C752B，運行速率能夠達到3.125Mbp，在順利連接之后能夠完成RS285/RS422電平轉換。

■3.8 JTAG接口模塊設計

DM642的JTAG為14pin雙排插口，DM642可以通過TRST#引腳復位，使DSP初始化。

4 結束語

綜上所述，文章所研究的DM642嵌入式圖像融合處理系統在運作的時候具備成本低、體積小、可拓展性強、穩定性高的特點，圖像通過視頻的解碼芯片能夠將模擬圖像信息轉換為一種DM642能識別的數字信號。在DM642嵌入式圖像融合處理系統內經過高效率的圖像識別算法處理能夠實現對預定目標信息的融合處理，處理之后的數字信號會被視頻解碼芯片轉變為模擬信號，之后在顯示器上輸出。本設計基于DM642將信號格式擴展到四路視頻采集整理，由此擴大了視角的范圍。未來還可根據應用實際情況，在現有的基礎上在預留的存儲器空間和I/O口對系統進行更深入的拓展，因此本設計具有重要的參考價值和推廣意義。