【正文】 成這兩級 Cache 之間數(shù)據(jù)一致性的維護。 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 16 頁 共 83 頁 圖 6 TMS320DM642的內(nèi)核和片上資源 TMS320DM642 的 CPU 單元、 Cache 結(jié)構(gòu)和 EDMA DM642 是 基于 C64x 的 CPU，這是 C6000 系列 DSP 的一個部分。 L1 距離 DSP 核最近，數(shù)據(jù)訪問速度最快，只能作為不能尋址的 Cache 使用，由相互獨立的 LIP 和 LID 組成；LIPCache 大小為 16kB，直接映射，每行大小為 32B； LID Cache 大小 16kB， 2路映射，每行大小為 64B。在實際開發(fā)過程中要充分利用 Cache，總的原則是將盡量多的關(guān)鍵數(shù)據(jù)分配在片內(nèi)， Cache 越大越好，對于不同的應(yīng)用需要用不同的配置。 EDMA 支持 64 路 EDMA 通道，可與 DM642 的某個事件進行關(guān)聯(lián) ?！?Chaining”是當一個通道的數(shù)據(jù)傳輸完畢時，觸發(fā)另一個通道的數(shù)據(jù)傳輸。 表 2 視頻口的功能分配 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 18 頁 共 83 頁 視頻口名稱 通道 第 1 功能 第 2 功能 VP0 A 視頻口 McBSP0 B 視頻口 McASP VP1 A 視頻口 McBSP1 B 視頻口 McASP VP2 A 視頻口 單獨使用 B 視頻口 單獨使用 TMS320DM642 片上提供了多個與視頻口參數(shù)設(shè)置相關(guān)的寄存器，通過設(shè)置這些寄存器把視頻口配置為視頻輸入口或視頻輸出口，視頻輸入口用于捕獲外部視頻輸入數(shù)據(jù)，視頻輸出口用于顯示視頻圖像。 32bit 的 HPI 提供和多種工業(yè)標準的主處理器或 PCI 橋芯片相連。 （ 2） PCI 接口 通過集成的 PCI 主 /從設(shè)備總線接口， TMS320C6000 的 PCI 口支持 DSP 和一個 PCI 主機的連接。 DM642 通過 EMIF 接口擴展外部存儲器時，使用 CE0~CE3 信號作為空間片 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 19 頁 共 83 頁 選信號，可以把外擴的 存儲器映射在不同空間中，空間片選信號低電平有效，EMIF 接口的數(shù)據(jù)寬度也支持 8 位、 16 位和 32 位的數(shù)據(jù)。 McASP 的傳輸段可以用時分復(fù)用同步串行格式傳送數(shù)據(jù)，或用一個數(shù)字音頻接口格式傳輸數(shù)據(jù)，它的位流可被編碼為 S / PDIF， AES 3 ， IEC 60958，CP 430 的傳輸。當配置為輸出，可以寫一個內(nèi)部寄存器以控制外部引 腳的狀態(tài)驅(qū)動。它的豐富的外圍接口使得它近乎是一個多媒體嵌入式系統(tǒng)的單芯片硬件平臺；它的完全可編程性，又可以使得它能夠兼容正在發(fā)展的各種多媒體信號處理標準，構(gòu)成通用的軟件平臺。 音視頻 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計 一般采集彩色圖像，首先要進行視頻解碼，即把復(fù)合的視頻信號分解成亮度和兩個色差信號，各個分量再獨立進行量化。因為實際的視頻 采樣系統(tǒng)中，為了使后級的處理簡單，往往需要采樣時鐘與行頻鎖相，形成所謂的行頻鎖相視頻采樣，以使得到的樣點為行正交結(jié)構(gòu)。 由于設(shè)計中采用模擬攝像頭進行視頻數(shù)據(jù)的采集，因此需要使用視頻解碼芯片將采集到的模擬數(shù)據(jù)進行數(shù)字化，然后傳送給 DM642 的視頻端口進行處理。 TVP5150 支持 2 路復(fù)合視頻 (CVBS)或 1 路 S 一端子 (Svideo)輸入，由 的外部振蕩器產(chǎn) 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 21 頁 共 83 頁 生解碼器內(nèi)部 9bitADC 所需的 27MHz 采樣頻率，將輸入的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為帶離散同步信號的 8bit 4： 2： 2YCbCr 或者帶內(nèi)嵌同步信號的 8bit 格式的數(shù)字視頻信號并輸出，除此之外， TVP5150 還輸出同步信號，消隱信號，鎖定信號和時鐘信號。 AIC23 編解碼器使用兩個串行通道，一個通道控制編解碼器的內(nèi)部配置寄存器，另一個用于收發(fā)數(shù)字音頻信號。 DM642 有很強的接口能力，不僅具有很高的數(shù)據(jù)吞吐率，而且可以與目前幾乎所有類型的存儲器直接接口，如 pipeline 結(jié)構(gòu)的同步突發(fā)靜態(tài) RAM(SBRAM)，異步器件，包括 SRAM、 ROM 和 FIFO 等，還有外部共享存儲空間的設(shè)備。 DM642 的 64 位 EMIF 根據(jù)地址空間劃分為 4 個部分， CE0CE3，這 4 個部分分別與擴展的片外設(shè)備相連。 （ 1） SDRAM 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 23 頁 共 83 頁 系統(tǒng)選用的 SDRAM 容量為 4Mbit，數(shù)據(jù)寬度為 32 位，由于 DM642 的 EMIFA數(shù)據(jù)線寬度為 64 位，所以選用兩片 SDRAM 與 DM642 相連接。 SDRAM 的各種操 作都是通過命令進行控制的，控制命令在時鐘的上升沿有效且只持續(xù)一拍。這樣隱藏了存儲塊的啟動時間，提高了數(shù)據(jù)傳輸率。由于 SDRAM 是在時鐘上升沿對輸入信號進行采樣，數(shù)據(jù)在其它時間的變化不會影響 SDRAM 的工作，因而具有較強的抗干擾能力。 FLASH 存儲器也是通過 DM642 的 EMIFA 接口加以擴展，由 DSP 或 CPLD 器件產(chǎn)生 FLASH 芯片需要的邏輯控制。Flash 主要作用是固化程序和保存歷史數(shù)據(jù)，也就是開機后執(zhí)行閃存的程序，并在程序執(zhí)行的過程中實時地保存或修改其內(nèi)部的數(shù)據(jù)單元。為了解決這一 問題，在 DM642 電路系統(tǒng)中才用 CPLD 器件，把 FLASH 存儲區(qū)的 64 個扇區(qū)劃分為若干個頁，每頁包括多個扇區(qū)。在兩級 Bootloader 完成系統(tǒng)初始化后，可以通過設(shè)置 DM642 的 GPIO 控制寄存器來實現(xiàn)對 Flash 其他頁面的訪問。其接口符合 Ether2 和 （ 10Base5,10Base2,10BaseT）標準。在加電過程中，如果只有內(nèi)核獲得供電，周邊沒有得到供電，對芯片不會產(chǎn)生任何損害，只是沒有輸入 /輸出能力而已；相反，如果周邊 I/O 接口得到供電而內(nèi)核退后加電，有可能會導(dǎo)致 DSP 和外圍引腳同時作為輸出端，此時如果雙方輸出的值是相反的，那么兩輸出端就會因反向驅(qū)動可能出現(xiàn)大電流，這將影響器件的使用壽命，甚至損壞器件。另外系統(tǒng)視 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 27 頁 共 83 頁 頻 A/D 芯片需要的電壓是 ，系統(tǒng)其他部分的芯片還需要 和 5V 電壓。從基本原理來說，LDO 根據(jù)負載電阻的變化情況來調(diào)節(jié)自身的內(nèi)電阻，從而保證穩(wěn)壓輸出端的電壓不變。它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產(chǎn)生負電壓。 電感型開關(guān)式 DCDC 變換器利用了磁場儲能，不論是升壓、獎壓還是兩者同時進行，都可以實現(xiàn)最高的電源轉(zhuǎn)換效率。其高達 97%的效率也提高了電池壽命。 基于上述的考慮，視頻采集壓縮系統(tǒng)采用如下的電源轉(zhuǎn)換芯片。通過兩片 TPS54310 芯片分別提供 + 和 + 電壓。 TMS320DM642 芯 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 29 頁 共 83 頁 片是一款超強的多媒體處理器，具有很高的集成度和性能。使用這種程序結(jié)構(gòu)層次清晰，移植性和擴展性都很好。平臺采用 DSP/BIOS 內(nèi)核，使用 BIOS 多線程機制，實現(xiàn)了運動圖像的實時處理。使用 BIOS 的優(yōu)點如下： （ 1） 使用 BIOS 的分析工具，可方便地獲取程序運行情況。因為 DSP 的一級高速緩存有 32KBytes，其中程序和數(shù)據(jù)各占 16KBytes，二級緩存有 256KBytes，減少了生成代碼的大小，就可有更多的程序運行空間，從而使執(zhí)行效率更高。用戶可以首先 創(chuàng)建基本的程序框架，使用替代函數(shù)模擬 DSP 算法的 CPU 負載情況來檢驗程序框架的正確性，在這個過程中，用戶可以很容易地改變系統(tǒng)各線程的優(yōu)先級和類型。 （ 3） 為應(yīng)用程序編寫一個框架，可使用 C/C++/匯編語言或這些語言的任意組合。用戶編寫的 DSP/BIOS 應(yīng)用程序編譯后與 DSP/BIOS 實時庫鏈接到一起形成目標文件，該目標文件下載到目標 DSP 并開始執(zhí)行，對于 C6000 系列的 DSP，代碼的執(zhí)行順序是由 文件規(guī)定的。 CSL 提供以下一些功能： （ 1） 標準化的編程模式?；?資源管理支持許多外圍設(shè)備的打開與關(guān)閉，這一功能對多通道的外圍尤為適用。硬件提取層負責(zé)對各個寄存器進行宏定義等，為上層提供了符號接口。 （ 2） RAM/FLASH 加載 ： 把外部 ROM/FLASH 中的程序拷貝到地址 0 處，傳輸完成后退出復(fù)位狀態(tài)，然后從地址 0 處開始執(zhí)行。 當應(yīng)用程序大小不超過 1K 字節(jié)時，只需采用一級 Bootloader。 （ 4） DSP 從 main ( )處開始執(zhí)行應(yīng)用程序。同時，因為本設(shè)計采用的 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 35 頁 共 83 頁 Flash 地址擴展方式并不是用 FPGA 硬件自動轉(zhuǎn)換，而是由 DSP 軟件控制 GPIO控制實現(xiàn)，所以在二級 Bootloader 中，必須考慮搬運地址跨頁的情況。微型驅(qū)動執(zhí)行了所有與底層設(shè)備相關(guān)的控制和初始化。 其中， SIO 和 PIP 分別需要使用適配器 DIO 和 PIO 來與微型驅(qū)動進行通信。與 SIO/DIO 和 PIP/PIO 不同， GIO 包含內(nèi)置的 IOM(I/O Manager 輸入輸出管理 )適配層，可以直接與微型驅(qū)動進行通信。另外，在提供了視頻驅(qū)動和應(yīng)用程序之間的視頻數(shù)據(jù)同步機制之后，這種擴展也能夠允許使用一個單獨的調(diào)用來 “交換 ”視頻緩沖區(qū)。 GIO 類驅(qū)動接口如圖 2 所示。 該套件為 TMS320 系列各種外圍器件提供完整的標準化驅(qū)動程序模型，使得驅(qū)動程序可以很方便地移植到其他應(yīng)用中，大大提高驅(qū)動程序開發(fā)的效率。 DSP/BIOS 驅(qū)動開發(fā)套件 DDK DDK 是 TI 公司用來簡化設(shè)備驅(qū)動程序開 發(fā)的軟件套件。所以，在視頻驅(qū)動中，我們采用通用輸入輸出模塊 GIO。這種可擴展 API的特性正好可以用在視頻驅(qū)動開發(fā)方面。 PIP/PIO 是基于管道的 I/O 模型，每個管道維護著一個被劃分為多個大小相同的幀的緩沖區(qū)。這樣，上層的應(yīng)用程序不直接控制微型驅(qū)動，而是使用一個或一個以上的類驅(qū)動對其進行微型驅(qū)動控制。類驅(qū)動層與底層設(shè)備無關(guān)，執(zhí)行寄存器管理等功能，它包括用戶程序接口 (API)層和一個適配層。二級 Bootloader 要完成兩項功能：第一，把用戶程序搬到指定的地址；第二，跳轉(zhuǎn)到用戶程序入口。 （ 2） 從 FLASH 的第 0 頁的前半頁起始地址為 0x90000000 處開始把程序的各個段和數(shù)據(jù)拷貝到指定的存儲器物理地址中。在此期間 , 外部主機通過主機口初始化 CPU 的存儲空間。 引導(dǎo)裝載程序的設(shè)計 DSP 上電后把可執(zhí)行程序加載到 DSP 能訪問的存儲空間，使 DSPs 能夠正 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 34 頁 共 83 頁 確運行的過 程稱為 DSP 的系統(tǒng)引導(dǎo)或者自舉 ， DM642 芯片有 3 種自舉方式（ bootmode）。作為 CSL 的另一優(yōu)勢，它支持的是完全象征性的寄存器和寄存器空間定義，而不是專門針對于某一芯片的定義，使得代碼非常易于移植到新版本的 TI 的 DSP 芯片上面。包括定義數(shù)據(jù)類型和宏來配置寄存器，定義函數(shù)來執(zhí)行一些外圍設(shè)備基本操作。它包含一些獨立的模塊，每個模塊與一種外圍相關(guān)，同時還有一些模塊提供通用的編程支持，如中斷請求模塊 (IRQ)包含中斷管理的用戶接口， CHIP 模塊允許對芯片進行全局的設(shè)置。 （ 5） 使用軟件仿真器和硬件開發(fā)平臺原型，結(jié)合 DSP/BIOS 分析工具測試應(yīng)用程序，直至程序運行正確且滿足實時性要求。 DSP/BIOS 應(yīng)用程序的開發(fā)流程包括以下步驟： （ 1） 用 DSP/BIOS 配置工具建立應(yīng)用程序要用到的對象。使用 BIOS 對象編程，由 BIOS 來調(diào)度任務(wù)，可更合理地利用資源，且在程序運行時，可減少一些動態(tài)對象的建立，加快程序運行。 （ 2） 減少生成的可執(zhí)行機器代碼的大小。 DSP/BIOS 本質(zhì)上是一種可剪裁的實時內(nèi)核，在需要多任務(wù)調(diào)度和同步的實時應(yīng)用中，能加快開發(fā)，并能達到很好的性能。 圖 14 系統(tǒng)程序架構(gòu) 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 31 頁 共 83 頁 DSP/BIOS 實時操作內(nèi)核與芯片支持庫 CSL DSP/BIOS 的特點 在以 DSP 平臺實現(xiàn)圖像處理的應(yīng)用開發(fā)一般較復(fù)雜。 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 第 30 頁 共 83 頁