基于DM642的EDMA圖像處理系統

　　1 前言

　　DM642 (TMS320DM642)型處理器是TI 最新推出的面向多媒體處理領域的數字信號處理器(DSP).給多媒體設備的實現提供了另一種有效的手段。 DM642建立在C64x DSP核基礎上.采用德州儀器公司開發的第二代高性能的先進的超長指令字結構VeloeiTl.2TM,在600MHz的時鐘頻率下.DM642每秒可以進行24億次16位的乘累加或48億次的8位的乘累加。這樣強大的運算能力使得DM642可以進行實時多視頻圖像處理。它的增強型直接內存存取 (EDMA)對DSP圖像處理系統是非常重要的，它可以在沒有CPU參與的情況下完成映射存儲空間中數據搬移。靈活使用EDMA可以大大提高數據傳輸效率。以：DM642為例，結合Sobel算法給出EDMA的一種具體控制和實現方法。

　　2 DM642的EDMA控制器

　　DM042的EMDA能提供超過2Gb/s的外部帶寬.支持64路獨立觸發的事件傳輸，總共有85個參數對“Linking”或“Chaining”進行配置。Linking是在1個事件被觸發時允許1個序列進行傳輸。Chaining是當1個通道的數據傳輸完畢時觸發另1個通道的數據傳輸。 Linking和Chaining使得僅僅被CPU初始配置之后EDMA能夠連續的自動運行。EDMA的特點決定了其適合圖像處理的功能。由于圖像處理的原始數據量很大.同時圖像處理中也會產生同等量的中間數據.對于片內存儲資源有限的高速DSP來說,一般需要借用外部存儲空間。為了提高系統的實時處理能力.可以將數據在不同存儲空間轉移的任務交給EDMA來完成，而CPU只用于數據的計算。同時，EDMA對數據重排功能可以優化圖像數據在內存中的存儲，這不僅可以提高內部存儲空間的利用效率.而且可以提高數據的傳輸速率。雖然對圖像數據的傳輸也可由軟件實現，但將消耗大量的CPU時鐘周期。使DSP的高速性能難以發揮。而由EDMA來完成同樣的工作幾乎不占用CPU的時鐘周期。

　　在C64xDSP中.EDMA控制器負責片內L2存儲器與其他設備之間的數據傳輸。EDMA控制器和DMA在結構上有很大的不同.其增強之處包括：

　　提供了64個通道;

　　通道間的優先級可以設置;

　　支持不同結構數據傳輸的鏈接。

　　EDMA控制器由以下幾部分組成;

　　事件和中斷處理寄存器;

　　事件編碼器;

　　參數RAM;

　　硬件地址產生。

　　其中,事件寄存器控制對EDMA事件進行捕獲。1個事件相當于1個同步信號，由它觸發1個EDMA通道開始數據傳輸。如果有多個事件同時發生.則由事件編碼器對它進行分辨。EDMA的參數RAM中存放了有關的傳輸參數，這些參數會被送入地址發生器硬件.進而產生讀寫操作所需要的地址。

　　EDMA支持8bit、16bit和32bit數據的存儲。在EDMA中定義了下列概念：

　　(1) 數據單元(element)的傳輸。單個數據單元從源地址向目的地址傳輸.如果需要，每1個數據單元都可以由同步事件觸發傳輸;

　　(2) 幀(frame)。l組數據單元組成1幀，l幀中的數據單元可以是相鄰連續存放的，也可以是間隔存放的.幀傳輸可以選擇是否受同步事件控制，“幀” 一般在1維傳輸中提及;

　　(3) 陣列(array)。1組連續的數據單元組成1個陣列.在1個陣列中的數據單元不允許間隔存放。1個陣列的傳輸可以選擇是否受同步事件控制?！瓣嚵?”一般在2維傳輸中提及;

　　(4) 塊(block)。多個幀或者多個陣列的數據組成1個數據塊;

　　(5) 1維(1一D)傳輸。多個數據幀組成1個1維的數據傳輸。Block中幀的個數可以是 l～65536。

　　(6) 2維(2一D)傳輸。多個數據陣列組成1個2維的數據傳輸。第1維是陣列中的數據單元，第2維是陣列的個數。

　　3 EDMA的控制機制

　　3.1 事件與事件控制寄存器

　　EDMA有64個通道.每1個通道都有1個事件與之關聯.由這些事件觸發相應通道的傳輸。

　　3.2 傳輸參數與參數 RAM

　　EDMA控制器與DMA控制器在結構上有所區別。C64x的.EDMA控制器是基于RAM結構。參數.RAM(Parameter RAM。PaRAM)的容量是2KB，總共可以存放85組EDMA傳輸控制參數。多組參數還可以彼此連接起來，從而實現某些負責數據流的傳輸.例如循環緩存和數據排序等。參數RAM中保存的內容包括：

　　64個EDMA通道對應的入口傳輸參數.每組參數包括6個字;

　　用于重加載，鏈接的傳輸參數組。每組參數包括24字節;

　　8字節空余的RAM可以作為“草稿區”(scratch pad area)。

　　一旦捕獲到某個事件.控制器將從PaRAM頂部的64組入口參數中讀取數據對應的控制參數送往地址發生器硬件。

　　表l給出1組EDMA傳輸參數的內部結構，總共6個字.192bit。可以通過32bit的外設總線對EDMA的參數.RAM進行訪問。

　　可選參數(Option Parameter)，32bit，用戶可以根據情況選擇設置該參數。

　　SRC/DST地址.32bit，用于存放EDMA訪問起始的源地址和目的地址，可以通過可選參數中的SUM/DUM位設定對SRC/DST地址的修改方式。

　　數據單元計數(Element Count)，16bit無符號數.存放l幀(1一D傳輸)或1個陣列(2一D傳輸)中的數據單元數。

　　幀/陣列計數(Frame/Array Count)，16bit無符號數.存放的是1-D數據傳輸中的幀計數，或是2一D數據傳輸中的陣列計數。

　　數據單元，幀，陣列索引(Element/Frame/ArrayIndex).16bit無符號數，作為地址修改的索引值。數據單元索引只應用于1-D 傳輸，為下一數據單元的地址偏移值(2一D傳輸不允許數據單元間隔存放)。幀，陣列索引用于控制下一幀，陣列的地址索引。

　　數據計數的重加載(Element Count Reload)，16bit無符號數。用于在每幀最后一個數據元素傳輸之后.重新加載傳輸計數值。這個參數只能用于1一D傳輸中。

　　鏈接地址(Link Address)，16bit。當設定可選參數中的LINK=1時，可以由鏈接地址確定下1個EDMA事件采用參數的裝載，重裝載地址，從而使多組 EDMA傳輸參數形成EDMA傳輸鏈。

　　4 EDMA的傳輸操作

　　EDMA進行數據傳輸時有2種啟動方式，1種是CPU啟動.另1種是由同步事件觸發。每1個通道的啟動是相互獨立的。

　　4.1 CPU啟動EDMA/非同步的 EDMA

　　CPU可以通過寫事件置位寄存器(ESR)啟動1個EDMA通道。向ESR中某1位寫1時，將強行觸發對應的事件。此時，與正常的事件響應過程類似， EDMA的PaRAM中的傳輸參數被送入地址發生器.完成對EMIF、L2存儲器或外設的存取訪問。由CPU啟動的EDMA屬于非同步的數據傳輸。EER 中的事件使能與否不會影響這種EDMA傳輸的啟動。

　　4.2 由事件觸發 EDMA

　　一旦事件編碼器捕獲到1個觸發事件并鎖存在ER寄存器中，將導致PaRAM中對應的參數被送入地址發生器.進而執行有關的傳輸操作。盡管是由事件啟動傳輸操作，但是事件本身必須首先被CPU使能。EER寄存器負責控制事件的使能。觸發EDMA傳輸的同步事件可以源于外設，外部器件的中斷或某個EDMA通道結束。與DMA的情況不同，與EDMA的每1個通道相關聯的觸發事件是固定的。因此，如果假設EER中的EVT4=1，那么EXT_INT4引腳的外部中斷信號就會啟動EDMA通道4的傳輸。所以，每個事件也就指定了1個特定的EDMA通道。

　　5 在實時圖像處理系統中的應用

　　在實時圖形處理系統中，經常是把數據塊轉移，例如從視頻通道采集數據傳送到SDRAM中作為后續處理的緩存，或是把數據傳送到片內RAM中。EDMA使數據的傳送簡單易行。下面以把數據從視頻通道傳送到片內RAM中并作Sobel邊緣提取算法和把數據從視頻通道傳送到SDRAM中并作So—bel邊緣提取算法為例。

　　(1)把數據從視頻通道通過1維方式傳送到片內RAM中并作Sobel邊緣提取算法

　　只對攝像頭采集的I塊數據進行Sobel邊緣提取。采用一維EDMA傳送方式，每1次傳送采集1行中的部分數據(DAT_copy()函數)。在PAL制式下.先把1行數據放到nMemTemp數組中，然后對從144行到432行、從180列到435列的圖像進行Sobel邊緣提取.最后把變換后的數據輸出到顯示緩沖區.如圖1所示。

　　因為Sobel算法需要3行數據，所以可以開辟1個可以存放3行數據的緩沖區，通過指針的交換把從視頻通道過來的數據分別放到緩沖區中。保存的3行圖像使用翻卷的緩沖區管理，3個變量分別指示當前使用的y行、y—l行和y一2行在緩沖區中的起始偏移量。可以這樣：輪流往3塊緩存區拷貝數據.只要改變拷貝的指針就可以。在拷貝當前這1塊的時候.已經拷貝的另外2塊數據依然沒有變化，所以就可以實現3塊數據保存采集圖像中的相鄰3行數據.如表2所示。