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异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

2018年02月26日 19:57 次阅读

基于DSP的图像采集与处理系统与传统的PC端的系统相比,具有功耗低、携带方便、处理速度快的特点,被广泛使用在图像采集与处理领域。DSP(Digital Signal Process or)芯片也称数字信号处理器,是TI公司推出的专用于数字信号处理系统中进行算法处理的微处理器器件。DSP采用哈佛结构总线设计,程序存储器和数据存储器分开,取值和数据访问可以同时进行。DSP还使用流水线操作,使得多条指令重叠进行操作,可以有效地提高指令执行效率。此外,DSP还拥有独立的硬件乘法器,在处理滤波、卷积等运算时具有很快的速度,因此,DSP特别适合在图像采集与处理系统中作为核心器件。视频采集端的视频解码芯片使用TVP5150,将采集到的模拟图像信号转换成数字图像信号。

1 系统设计整体架构

本系统是基于DSP的数字图像处理系统,总体结构设计如图1所示。首先CCD摄像机拍摄视频图像,输出标准PAL制式视频信号,输入到视频解码芯片TVP5150中,TVP5150将模拟图像信号转换为数字图像信号送入FIFO中,本系统采用AL422B。DSP通过EMIF接口从FIFO中读取图像数据并存入存储器,图像数据经过DSP中算法处理后,通过仿真器传输到PC机上进行显示。其中,CPLD负责FIFO的读写指针复位和读写使能控制等工作。

异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

(First In First Out)是一种先进先出的数据缓存器。FIFO与其他存储器的区别是没有读写地址线,操作可以变得很简单,而且,它只能将数据顺序写入,并且顺序读出。此外,FIFO还具有以下一些特点:

①对连续的数据进行缓存,防止数据的丢失。

②可以对数据进行集中存储,使CPU总线避免频繁的操作。

③允许系统进行高速的DMA操作,即可以不通过CPU的干预,直接进行数据存储,节约了使用CPU的时间,使系统的效率大大提高。

FIFO分为同步FIFO和异步FIFO。同步FIFO是指读写时钟必须是同一个时钟,而异步FIFO可以接受一种时钟写入数据,另一种时钟读出数据,也就是读写时钟可以不一致,能够相互独立。

由于本系统中TVP5150送数据到DSP时,TVP5150的写时钟和DSP的读时钟是不一样的。TVP5150的输出时钟是27 MHz,数据位为8位宽度,那么每秒的数据量就是216 Mbps,而DSP的输出时钟很难匹配27 MHz的时钟频率,设置为33 MHz,8位数据宽度,那么最大传输速率为264 Mbps。显然,两者的数据传输量在单位时间内是不一样的,如果这时不经过任何缓存就进行数据间的相互传输,系统无法同步操作,并且会进入一种亚稳定状态,从而整个系统功能失常。为了避免亚稳定状态以实现系统数据的高速稳定的传输,本系统使用了异步FIFO作为解决方案,且采用AL422B作为异步FIFO存储器,容量为3MB(393 216字节&TImes;8位),可以存储PAL制式一帧图形的信息。它的一些技术指标如下:

①支持VGA、CCIR、NTSC、PAL和HDTV制式的视频信号;

②独立的读写操作,可以接受不同的I/O速率;

③读或写周期为20 ns;

④访问时间为15 ns;

⑤输出使能控制;

⑥具有DRAM自刷新功能;

⑦3.3 V或5.0 V供电。

AL422B的读写过程分为4个步骤:写复位,写使能,读复位,读使能。首先复位写指针异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用,当写使能异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用为低电平时,在WCK的上升沿将数据写入到写数据寄存器;当异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

为高电平时,写操作被禁止。然后复位读指针异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用,当异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用都变为低时,在RCK的上升沿将数据写入读数据寄存器;反之,读操作被禁止。

2 系统硬件设计

2.1 TVP5150与AL422B的接口实现

在本系统中,TVP5150的数据输出端要与AL422B的数据写入端相连,AL422B的数据读出端要与DSP的数据输入端相连。首先介绍TVP5150与AL422B之间的硬件连接,TVP5150的数据总线可以与AL422B的写入端的数据总线直接进行连接。

TVP5150的输出时钟需要进行二分频并移相半个时钟周期,然后与AL422B的写时钟WCK连接,因为我们只需要获取灰度图像,这样做可以将彩色部分的图像滤除并且可以减少数据量。

TVP5150端的VSYNC、VBLK、AVID、FID借助CPLD进行逻辑组合后与AL422B的写指针复位WRST和写使能WE连接。具体逻辑组合将在软件设计部分介绍。

TVP5150与AL422B接口如图2所示。

异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

2.2 TMS320VC5509A与AL422B的接口实现

TMS320VC5509A(以下简称5509A)要接收来自AL422B中的数据,需要将AL422B的读数据总线与5509A的EMIF数据总线接口直接连接。5509A的输出时钟CLKOUT给AL422B提供读时钟。AL422B的输出使能异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用和读使能异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用需要借助CPLD将5509A端的外部存储器片选信号异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用、EMIF接口输出使能异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用和EMIF接口读使能异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用进行逻辑组合后进行连接。组合逻辑部分在软件设计部分介绍。TMS320VC5509A与AL422B接口如图3所示。

异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

3 系统软件设计

软件部分分为两部分,分别是DSP内的程序设计和CPLD中的组合逻辑。

3. 1 DSP主程序

程序流程图如图4所示。

异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

3.1.1 主函数初始化

主函数需要对时钟频率、中断函数、EMIF外部存储器接口、I2C总线、TVP5150视频配置、AL422B的写指针复位进行初始化。

其中,AL422B的初始化采用TMS320VC5509A的GPIO口GPIO0、GPIO1、GPIO2发送逻辑电平到CPLD,然后由CPLD发送命令控制AL422B的读写指针复位与读写使能。

在DSP中,首先定义GPIO口的方向控制寄存器IODIR和引脚电平寄存器IODATA,并将IODIR寄存器的低3位设为1,也就是将GPIO0、GPIO1、GPIO2的方向设为输出。接着对IODA TA寄存器进行赋值,并将寄存器的值通过GPIO口送到CPLD,CPLD端进行逻辑组合,对AL422B的复位写指针异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用复位。

3.1.2 初始化TVP5150

TVP5150是视频解码芯片,要求其模拟输入是PAL制信号,转换为8位的YUV4:2:2格式的数字输出信号。DSP需要通过GPIO口对TVP5150进行复位,方法类似于AL422B的写指针复位控制。DSP还需要通过I2C总线控制TVP5150的寄存器,TVP5150寄存器的配置如下:

①杂项控制寄存器:地址0x03,设置为0x0f。

②输出和数据比率选择寄存器:地址0x0d,设置为0x40。

③配置复用引脚寄存器:地址0x0f,设置为0x0a。

④有效像素开始高位寄存器:地址0x11,设置为0x4d。

⑤有效像素开始低位寄存器:地址0x12,设置为0x02。

⑥有效像素结束低位寄存器:地址0x13,设置为0xe4。

⑦有效像素结束低位寄存器:地址0x14,设置为0x02。

经过寄存器配置,使得场消隐信号VBLK、像素有效信号AVID、场同步信号VSYNC、奇偶场标志位信号FID、输出时钟SCLK输出有效,数据总线激活,并将采集到的图像裁剪成150&TImes;300的图像。

在初始化程序后,执行while死循环,等待中断的到来。

3.1.3 中断函数

由于只需要处理150&TImes;300的图像,所以在FIFO里只需存储150×300个像素点,存满后发出中断信号,DSP转去执行中断服务程序。中断函数首先通过GPIO口告知CPLD使AL422 B的读指针复位(方法类似AL422B的写指针复位,这里不再赘述),并且使AL422B的输出使能异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用有效、读使能异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用有效(具体实现在3.2说明)。然后DSP便读取FIFO中的数据,因为FIFO外扩在DSP的异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用这个空间,地址为0x600000,所以DSP将异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用中的数据写入内存中,存入内存中的数据供后续处理。

这里,我们使用的处理算法为图像的边缘检测法,处理完成后在CCS中进行显示,并观察算法处理结果。

最后,进行写指针复位,准备下一次的图像采集。需要注意的是,由于图像在传输过程中奇偶场是分开传输的,FIFO中只存储奇场的一部分图像,而完整的图像是由奇场和偶场共同组成的,所以获得的图像显示的是一帧图像压缩一半的结果,图像是失真的。但是,我们只观察算法的处理结果,因此没有进行图像的完整显示。

3.2 CPLD程序

CPLD接收的输入信号有来自TMS320VC5509A的GPIO口的信号,来自TVP5150的场消隐信号VBLK、像素有效信号AVID、场同步信号VSYNC和奇偶场标志位信号FID。CPLD的输出信号有提供给FIFO的写使能信号异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用,写复位指针信号异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用和读复位指针信号异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用,以及提供给TMS320VC5509A的中断信号异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

当VSYNC由高电平变为低电平时,输出的是有效视频信号,同时当VBLK为低电平、AVID为高电平时,TVP5150输出有效视频数据。

因为偶数场是从一行的中间开始扫描的,如果不设置FID信号,最后采集到的图像可能是偶场信号,也可能是奇场信号,那么,在CCS中显示的图像有可能是完整的,也可能显示的是左右颠倒的图像,刚好错开半行的图像。所以,设置FID信号为0,采集奇场的信号。

CPLD将这些逻辑进行组合,使AL422B的写使能异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用有效,TVP5150输出视频数据到AL422B中。

因为要采集一幅150x 300的图像,需要在CPLD中设置一个计数器对采集到的像素进行计数,由AL422B的写时钟WCK作为计数器的时钟信号,当计数到45 000后触发DSP外部中断2,同时将计数器清零。

AL422B外扩在DSP的异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用这个空间,当异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用和TMS320VC5509A的EMIF接口输出使能信号异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用且为低电平时,通过CPLD的逻辑组合使能AL422B的输出使能信号异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用。接着当TMS32 0VC5509A的EMIF接口读使能信号异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用为低电平时,通过CPLD的逻辑组合使能AL422B的读使能信号异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用。逻辑关系如下:

异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

4 实验结果

利用设计的系统进行实物图像的采集,图5(a)为采集的实验室的办公座椅场景,图5(b)为使用边缘检测算法来对采集到的图像进行的边缘处理。

异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用

边缘检测能够突出图像的边缘特征,使观察者一目了然,并且蕴含了丰富的内在信息(方向、阶跃性质和形状等)。

结语

在DSP仿真软件CCS中设置断点,经过多次图像采集处理的测试,均可以得到的完整的图像信息。结果表明,使用异步FIFO作为TVP5150与DSP之间的数据传输连接器,能够达到系统预设功能,并且可以稳定、高速地进行传输。

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本文开始对数字信号处理和数字信号处理的选型进行了介绍,其次介绍了数字信号处理芯片的选型参数,最后介绍...

发表于 2018-02-05 14:02 580次阅读
数字信号处理选型和介绍

基于KeyStone器件特性的鲁棒性系统设计及例...

对于复杂的系统,鲁棒性是非常重要的。为了协助客户建立鲁棒性系统,KeyStone器件提供了多种硬件保...

发表于 2018-02-04 22:24 77次阅读
基于KeyStone器件特性的鲁棒性系统设计及例...

基于实时DSP系统的烧写及程序自动加载方案设计及...

TMS320C6701(以下简称C6701)是一款浮点运算DSP,适用于需要大量运算且实时性要求高的...

发表于 2018-02-04 20:59 114次阅读
基于实时DSP系统的烧写及程序自动加载方案设计及...

世强与进芯电子达成代理协议 进一步扩充产品线

世强作为中国本土最知名的元件分销商,进芯电子专注数字信号处理芯片研发。据报道,世强宣布与进芯电子达成...

发表于 2018-02-03 10:57 190次阅读
世强与进芯电子达成代理协议 进一步扩充产品线

基于DSP的数字示波器GUI开发与软件设计流程

RIGOL DS1000系列数字示波器采用的是320×234分辨率的TFT液晶显示器,通过液晶的驱动...

发表于 2018-02-02 15:07 844次阅读
基于DSP的数字示波器GUI开发与软件设计流程

剖析DSP编程优化的7个方法

方法一 把浮点运算改成定点运算 因为C6x DSP板并不支持浮点运算,但我们的原始程序代码是浮...

发表于 2018-02-02 14:56 617次阅读
剖析DSP编程优化的7个方法

电量测量装置的高精度校验实现方案

本文叙述在进行电量测量装置的高精度校验中,采用数字信号处理器TMS320F206及其与工业控制PC机...

发表于 2018-02-02 05:56 95次阅读
电量测量装置的高精度校验实现方案

利用DSP芯片设计PWM开关电源的原理及完整解决...

目前,开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于以电子计算机为主异的各种终端设备和通信设备中...

发表于 2018-01-26 12:07 343次阅读
利用DSP芯片设计PWM开关电源的原理及完整解决...

DSP与ARM存储器架构和指令集有哪些差异

DSP为提高数字计算效率,牺牲了存储器管理的方便性,对多任务的支持要差的多,所以DSP不适合于作多任...

发表于 2018-01-25 09:02 1586次阅读
DSP与ARM存储器架构和指令集有哪些差异

基于DSP和CMOS图像传感器的实时图像采集系统...

随着技术与工艺的发展,CMOS图像传感器不仅在噪声上得到了有效改善,而且分辨率也得到了明显提高。CM...

发表于 2018-01-23 16:12 148次阅读
基于DSP和CMOS图像传感器的实时图像采集系统...

CEVA推出ClearVox专为CEVA-Tea...

CEVA,智能和互联设备的信号处理IP授权许可厂商(纳斯达克股票交易所代码:CEVA) 推出Clea...

发表于 2018-01-23 07:42 134次阅读
CEVA推出ClearVox专为CEVA-Tea...

Achronix宣布为其eFPGA IP解决方案...

Achronix 今日宣布为其eFPGA IP解决方案推出Speedcore custom bloc...

发表于 2018-01-22 16:42 157次阅读
Achronix宣布为其eFPGA IP解决方案...

选择一个好的DSP,可以让广告投放将可以事半功倍

广告技术作为数字化营销的重要内容之一,受到越来越多的关注。随着广告主越来越理性,市场逐步规范,DSP...

发表于 2018-01-21 11:08 1330次阅读
选择一个好的DSP,可以让广告投放将可以事半功倍

六个术语(DAC、ADC、DSP、codec、运...

自vivo在vivo X1引入独立DAC之后,Hi-Fi手机开始崛起,之后连续几款vivo手机都用上...

发表于 2018-01-19 09:27 798次阅读
六个术语(DAC、ADC、DSP、codec、运...

基于MSO的混合信号系统测试与调试[图]

嵌入式系统中,MCU和DSP的应用非常普遍,模拟信号和各种数字信号同时存在。传统上,工程师分别使用示...

发表于 2018-01-18 09:39 224次阅读
基于MSO的混合信号系统测试与调试[图]

基于DSP和SD卡的生理信号数据采集系统设计

基于DSP处理器TMS320F2812与SD卡的接口,设计了一种便携式的生理信号数据采集系统,用于大...

发表于 2018-01-18 09:31 186次阅读
基于DSP和SD卡的生理信号数据采集系统设计

基于DSP的人体皮肤测量仪设计与实现方案[图]

皮肤是人体最重要的器官之一。它有许多功能,首先,皮肤把外界和内部器官分离开,起着人体第一道屏障的作用...

发表于 2018-01-18 07:25 256次阅读
基于DSP的人体皮肤测量仪设计与实现方案[图]

网络上对芯片解密的定义,解密方法与原理解析!

其实了解芯片解密方法之前先要知道什么是芯片解密,网络上对芯片解密的定义很多,其实芯片解密就是通过半导...

发表于 2018-01-17 07:06 1372次阅读
网络上对芯片解密的定义,解密方法与原理解析!

对于FPGA/DSP概念与特点的分享和总结

DSP就是一个指令比较独特的处理器。它虽然是通用处理器,但是实际上不怎么“通用”。技术很牛的人可以用...

发表于 2018-01-16 10:43 613次阅读
对于FPGA/DSP概念与特点的分享和总结

LCD电路及高速ADC+FPGA+ DSP的设计...

随着人们生活水平的提高,公路上的私家车辆也增多了,但随之带来的问题就是交通事故发生率居高不下,严重危...

发表于 2018-01-12 16:28 391次阅读
LCD电路及高速ADC+FPGA+ DSP的设计...

伺服驱动器的七个故障原因分析与处理方法

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分...

发表于 2018-01-12 15:32 1989次阅读
伺服驱动器的七个故障原因分析与处理方法

Synaptics AudioSmart远场语音...

Synaptics AudioSmart远场语音技术将带来性能无与伦比的两麦克风和四麦克风支持亚马逊...

发表于 2018-01-10 14:47 1300次阅读
Synaptics AudioSmart远场语音...

Synaptics拓展语音生态系统,支持微软Co...

Synaptics计划拓展语音生态系统,并且支持微软Cortana集成。成熟的AudioSmart硬...

发表于 2018-01-10 14:27 1400次阅读
Synaptics拓展语音生态系统,支持微软Co...

基于FPGA+DSP的视频控制的智能交通灯设计

本文主要介绍了一种基于FPGA+DSP的视频控制的智能交通灯设计。该交通灯由视频采集、图像处理和控制...

发表于 2018-01-09 14:15 302次阅读
基于FPGA+DSP的视频控制的智能交通灯设计

对于ARM、MCU、DSP、FPGA、SOC的介...

ARM处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作Acorn...

发表于 2018-01-05 11:36 1048次阅读
对于ARM、MCU、DSP、FPGA、SOC的介...

数字信号处理器DSP与EDA的区别

目前DSP和EDA两者都应用广泛,二者之间有什么不同呢?本文带来数字信号处理器DSP与EDA的区别介...

发表于 2018-01-03 10:33 298次阅读
数字信号处理器DSP与EDA的区别

dsp技术在手机方面的应用_vivo X9s P...

vivo在之前的MWC 2017上海站的时候发布了全新DSP芯片影像优化拍照技术,这也是vivo首次...

发表于 2018-01-03 10:02 327次阅读
dsp技术在手机方面的应用_vivo X9s P...

dsp处理器一般哪里用_dsp处理器应用领域分析

dsp数字信号处理器能实时快速地实现各种数字信号处理算法,它活跃于各种领域之中。

发表于 2018-01-03 09:26 834次阅读
dsp处理器一般哪里用_dsp处理器应用领域分析

DSP技术怎么样_DSP技术的应用领域及优势

本文介绍了dsp技术在通信领域、仪器仪表领域、汽车电子系统领域等多个领域的应用,并分析了dsp技术的...

发表于 2018-01-03 09:03 411次阅读
DSP技术怎么样_DSP技术的应用领域及优势

基于ARM与DSP的主从式双CPU嵌入式四轴运动...

运动控制系统已被广泛应用于工业控制领域。近年来,工业控制对运动控制系统的要求越来越高。传统的基于PC...

发表于 2018-01-01 08:27 2136次阅读
基于ARM与DSP的主从式双CPU嵌入式四轴运动...

一款实用的嵌入式CPLD的伺服控制卡设计方案

随着先进制造技术的迅速发展,对运动控制的精度要求也越来越高,而运动伺服控制系统的性能很大程度上取决于...

发表于 2017-12-30 07:33 2528次阅读
一款实用的嵌入式CPLD的伺服控制卡设计方案

一种基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设...

本文主要介绍了一种基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设计与实现,DSP-BF561作为主处理...

发表于 2017-12-25 10:39 571次阅读
一种基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设...

基于DSP+FPGA的实时图像去雾增强系统设计

本文主要介绍了一种基于DSP+FPGA的实时图像去雾增强系统设计,FPGA通常作为一种调度使用,图像...

发表于 2017-12-25 10:24 389次阅读
基于DSP+FPGA的实时图像去雾增强系统设计

基于STM32的实收实发超声波检测系统研究

本文主要是对基于STM32的实收实发超声波检测系统研究与实现,系统由信号调理;数据采样分析;PWM发...

发表于 2017-12-23 15:05 334次阅读
基于STM32的实收实发超声波检测系统研究

直流电机的IR2110驱动控制设计及DSP实现

本文介绍了直流电机的IR2110驱动控制设计及DSP实现,采用功率MOSFET芯片IRF530作为开...

发表于 2017-12-21 13:49 812次阅读
直流电机的IR2110驱动控制设计及DSP实现

DSP技术实现便携式电能质量分析设计方案

随着国家工业规模的扩大和科学技术的发展,电网负荷结构发生了很大的变化,一方面, 非线性 、冲击性和不...

发表于 2017-12-19 09:06 1758次阅读
DSP技术实现便携式电能质量分析设计方案

c语言实现fifo算法及代码

C语言是一门通用计算机编程语言,应用广泛。C语言的设计目标是提供一种能以简易的方式编译、处理低级存储...

发表于 2017-12-15 17:08 783次阅读
c语言实现fifo算法及代码

fifo算法原理及fifo置换算法

fifo先入先出队列,这是一种传统的按序执行方法,先进入的指令先完成并引退,跟着才执行第二条指令。即...

发表于 2017-12-15 16:43 1081次阅读
fifo算法原理及fifo置换算法

基于DSP和nRF24L01的无线环境监测系统设...

本文介绍的无线环境监测系统的控制采用TMS320LF2407实现。TMS320LF2407内部资源丰...

发表于 2017-12-15 15:55 372次阅读
基于DSP和nRF24L01的无线环境监测系统设...

一种DSP和nRF24L01的无线环境监测系统的...

本文基于DSP和nRF24L01设计了一种无线环境监测系统。分模块的介绍了检测系统的设计以及系统的软...

发表于 2017-12-15 14:53 199次阅读
一种DSP和nRF24L01的无线环境监测系统的...

基于DSP芯片TMS320LF2407控制的数字...

本文介绍了一种基于DSP芯片TMS320LF2407控制的数字开关电源,比较了开关电源模拟控制和数字...

发表于 2017-12-14 10:20 427次阅读
基于DSP芯片TMS320LF2407控制的数字...

基于DSP+DDS结构的可编程调制器的硬件平台设...

本文提出了一种软件无线电通用信号发生器的设计方案,包括硬件构成和软件算法的实现。该信号发生器为软件无...

发表于 2017-12-13 10:41 126次阅读
基于DSP+DDS结构的可编程调制器的硬件平台设...

快速分析仪器一次测两台手机

针对技术越来越复杂、利润越来越薄的手机市场,测试必须快速、灵活和有效才能保证生产线达到维持利润的批量...

发表于 2017-12-13 05:00 139次阅读
快速分析仪器一次测两台手机