資料介紹
DSP對數字信號和數值算法具有強大的運算處理能力,因而在信號采集與處理中被廣泛應用,但其在任務管理、實時控制、人機交互等方面不占優勢。而ARM微控制器則控制功能強大,可以加載嵌入式操作系統,且能夠提供良好的人機交互、任務管理、網絡通信等方面功能。因此,發揮DSP和ARM處理器各自的優勢,采用ARM+DSP結構的設計方案已成為嵌入式系統的研究熱點,倍受關注。通過嵌入式機器視覺系統的設計實例,闡述ARM與DSP有機結合的設計思想,重點研究ARM與DSP之間的數據通信。
1 嵌入式機器視覺系統總體方案
采用ARM+DSP結構的機器視覺系統總體結構如圖l所示。以三星公司高性能ARM處理器S3C2440作為主控制器,配置并移植Linux操作系統,同時以TI公司的DSP芯片TMS320C5402為圖像處理的協處理器,通過對DSP芯片自帶的HPI接口的硬件連接方案和驅動程序設計,將二者有機地結合起來,各自發揮其獨特優勢,協調配合,完成目標采集、處理與視覺跟蹤。
首先由智能攝像機采集現場運動目標的圖像,由ARM控制將數據存放在ARM與DSP的公共存儲區域中,并通知信號處理模塊DSP調用各種算法(幀間差分、圖像分割、特征提取、形心計算等)對視頻圖像進行處理,完成目標的識別與定位,并將結果信息傳給ARM處理器,由ARM控制步進電機,調整PTZ攝像機位姿(水平轉動P-Pan、垂直轉動T-Tilt、景深伸縮Z-Zoom),使其對準運動目標,實現實時跟蹤。此外,ARM處理器還負責多任務管理、人機交互及中斷報警等。
作為雙核系統,雙核各自擁有很好的性能,于是主機ARM與協處理器DSP之間能否進行快速可靠的數據交換,直接決定機器視覺系統的運行效率。在硬件設計方面,采用主機并行接口HPI實現主機ARM與協處理器DSP之間的硬件直連,設計簡單方便,時鐘頻率可達到DSP時鐘頻率的1/5,能夠支持DSP與主機之間的高速數據傳輸。在軟件設計方面,則移植嵌入式Linux操作系統,將HPI看作字符設備完成了驅動程序的設計。
2 雙機通信硬件設計
2.1 HPI接口簡介
主機接口(HPI)是TI公司C54x系列定點信號處理器(DSP)內部自帶的接口部件,通過它可以方便地實現DSP與其他主機連接。C54x中的主機接口主要有3種類型:標準8位主機接口HPI-8,增強8位主機接口HPI-8,增強16位主機接口HPI-16。增強型的HPI可以允許主機訪問DSP所有的片上RAM單元,而標準主機接口只允許訪問固定的2 K片上RAM。本文中用到的TMS320C5402擁有增強HPI-16主機接口。它由以下5部分組成:
1)HPI存儲器(DARAM) 傳送主機與DSP之間的數據,在一個機器周期內能被訪問2次,可以用作通用的雙導址數據RAM或者程序RAM。
2)HPI地址寄存器(HPIA) 只有主機能對其進行直接訪問。該寄存器中存放著當前尋址的HPI存儲單元的地址。
3)HPI控制寄存器(HPIC) 地址002CH,主機和DSP都能對他直接訪問,用來保存HPI操作的控制和狀態位。
4)HPI數據鎖存器(HPID) 只有主機能對它進行直接訪問。如果當前進行的是讀操作,則HPID中存放的是要從HPI存儲器中讀出的數據;如果當前進行寫操作,則HPID中存放的是將要寫到HPI存儲器的數據。
5)HPI控制邏輯 處理HPI與主機之間的接口信號。
1 嵌入式機器視覺系統總體方案
采用ARM+DSP結構的機器視覺系統總體結構如圖l所示。以三星公司高性能ARM處理器S3C2440作為主控制器,配置并移植Linux操作系統,同時以TI公司的DSP芯片TMS320C5402為圖像處理的協處理器,通過對DSP芯片自帶的HPI接口的硬件連接方案和驅動程序設計,將二者有機地結合起來,各自發揮其獨特優勢,協調配合,完成目標采集、處理與視覺跟蹤。
首先由智能攝像機采集現場運動目標的圖像,由ARM控制將數據存放在ARM與DSP的公共存儲區域中,并通知信號處理模塊DSP調用各種算法(幀間差分、圖像分割、特征提取、形心計算等)對視頻圖像進行處理,完成目標的識別與定位,并將結果信息傳給ARM處理器,由ARM控制步進電機,調整PTZ攝像機位姿(水平轉動P-Pan、垂直轉動T-Tilt、景深伸縮Z-Zoom),使其對準運動目標,實現實時跟蹤。此外,ARM處理器還負責多任務管理、人機交互及中斷報警等。
作為雙核系統,雙核各自擁有很好的性能,于是主機ARM與協處理器DSP之間能否進行快速可靠的數據交換,直接決定機器視覺系統的運行效率。在硬件設計方面,采用主機并行接口HPI實現主機ARM與協處理器DSP之間的硬件直連,設計簡單方便,時鐘頻率可達到DSP時鐘頻率的1/5,能夠支持DSP與主機之間的高速數據傳輸。在軟件設計方面,則移植嵌入式Linux操作系統,將HPI看作字符設備完成了驅動程序的設計。
2 雙機通信硬件設計
2.1 HPI接口簡介
主機接口(HPI)是TI公司C54x系列定點信號處理器(DSP)內部自帶的接口部件,通過它可以方便地實現DSP與其他主機連接。C54x中的主機接口主要有3種類型:標準8位主機接口HPI-8,增強8位主機接口HPI-8,增強16位主機接口HPI-16。增強型的HPI可以允許主機訪問DSP所有的片上RAM單元,而標準主機接口只允許訪問固定的2 K片上RAM。本文中用到的TMS320C5402擁有增強HPI-16主機接口。它由以下5部分組成:
1)HPI存儲器(DARAM) 傳送主機與DSP之間的數據,在一個機器周期內能被訪問2次,可以用作通用的雙導址數據RAM或者程序RAM。
2)HPI地址寄存器(HPIA) 只有主機能對其進行直接訪問。該寄存器中存放著當前尋址的HPI存儲單元的地址。
3)HPI控制寄存器(HPIC) 地址002CH,主機和DSP都能對他直接訪問,用來保存HPI操作的控制和狀態位。
4)HPI數據鎖存器(HPID) 只有主機能對它進行直接訪問。如果當前進行的是讀操作,則HPID中存放的是要從HPI存儲器中讀出的數據;如果當前進行寫操作,則HPID中存放的是將要寫到HPI存儲器的數據。
5)HPI控制邏輯 處理HPI與主機之間的接口信號。
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