基于DSP的最小图像采集处理系统设计

引言

在以DSP为核心的视频处理系统中，视频采集的方法通常可以分为两大类：自动的视频采集和基于DSP的视频采集。前者通常采用CPLD/FPGA控制视频解码芯片，通过FIFO或者双口RAM向DSP传送数据，特点是数据采集模块独立运行，占用DSP资源少，但实现相对复杂，成本偏高；后者通常由DSP控制视频解码芯片并同步各种时序，将视频数据读入。其特点是实现相对简单，成本有所降低，但对视频解码芯片的控制较为复杂，占用DSP处理时间。

如果通过适当的逻辑电路让数字图像传感器芯片直接接入DSP，则可省去视频控制解码芯片、CPLD/FPGA、FIFO或双口RAM，在不增加DSP软件开销的情况下，大大降低系统的复杂程度和成本，缩短开发周期。

硬件系统设计

系统总体结构
系统结构框图如图1所示。DSP采用TI公司发布的C6000系列高速浮点型信号处理器TMS320C6713，其峰值处理速度达1350MFLOPS(百万次浮点每秒)。其外部存储器接口EMIF(External Memory Interface)包括4个CE空间，其中CE0被配置为16位同步空间，接SDRAM；CE1为16位异步空间，接Flash；CE2为16位异步空间，经过地址译码和总线缓冲将数字图像传感器OV7620接入；CE3为8位异步空间，经过数据锁存和总线隔离将LCD显示模块接入。

图1　DSP视频采集处理系统总体结构框图

OV7620的配置和硬件连接
OV7620是OmniVision公司生产的CMOS彩色/黑白图像传感器，在本系统中被配置为16位逐行扫描QVGA方式，RGB原始数据输出，分辨率为320×240，SCCB总线，内部默认的行曝光方式；同时使能HREF信号对PCLK进行门控，即只有当HREF有效时像素时钟信号才被输出到PCLK引脚上，否则该引脚保持无效。这样EDMA可以始终处在使能状态，从而简化采集过程。

图2　OV7620与DSP的硬件连接框图

OV7620与DSP的硬件连接框图如图2所示。在对OV7620复位结束后，DSP通过GPIO模拟SCCB总线完成对OV7620内部功能寄存器的配置，之后数帧内图像数据和同步信号将逐渐稳定。Y通道和U/V通道在分别经过74HC244总线缓冲器之后接入EMIF低16位数据总线。CE2与地址线EA20、EA21经过译码产生2片74HC244的选通信号，此时OV7620的读地址为0xA0000000。

EDMA数据采集
在16位逐行扫描方式中，图像的每行RGB原始数据均被OV7620先后输出两次，因此，只须读取其偶数次HREF信号对应的数据即可获得整个图像信息。这样可以减少图像采集所占用的存储空间和总线资源。

OV7620同步和控制信号与GPIO的对应关系如表1所列。

表1　OV7620同步和控制信号与GPIO的对应关系

本系统采用EDMA的第12个通道(EDMA12)进行图像数据采集。该通道被配置为16位一维传输方式，中断禁止，PCLK的上升沿触发EDMA12搬移一个16位数据存入到SDRAM中，每次EDMA任务搬移一个HREF(320个16位)的图像数据。帧同步信号VSYNC上升沿触发DSP中断，对EDMA通道进行初始化，使能水平参考信号HREF中断并关闭EDMA通道(放弃第1个HREF的数据)，开始一帧的数据传输。HREF下降沿触发DSP产生中断，标志OV7620一次HREF数据输出的结束。如果接下来一次HREF数据需要被读入，则中断服务程序会对EDMA12参数进行修正，使能EDMA12通道，开始下一行数据的传输；否则，就禁止EDMA12，放弃下一次HREF数据。每接收1帧图像数据共产生240次HREF中断和120次EDMA数据传输。以下是OV7620数据采集的部分源代码：

interruptvoidINT6_EXT6(void){
/*VSYNCGPIO6帧同步中断*/
EDMA_OpenCha(PCLK_EDMA_CHANL)；
/*打开EDMA通道，准备OV7620数据搬移*/
EER&=～(1< /*关EDMA使能，放弃第1个HREF的数据*/
ICR=HREF_INT_CHANL；
/*清HREF(GPIO7)INT7中断标志*/
IER|=HREF_INT_CHANL；
/*使能HREF(GPIO7)INT7中断*/
}
interruptvoidINT7_EXT7(void){
/*HREFGPIO7水平参考中断*/
if(!HREF_Data_Switch){
HREF_Data_Switch=TRUE；
/*接下来的HREF数据有效*/
(*(EDMA_PARAM_POINTER+PCLK_EDMA_
CHANL)).CNT=IMAGESIZE_WIDTH；
/*修正EDMA传输参数计数值*/
ECR|=1< /*清上周期遗留的PCLK触发事件*/
EER|=1< /*使能EDMA，开始读下一行数据*/
}
else{
HREF_Data_Switch=FALSE；
/*接下来的HREF数据无效*/
EER&=～(1< /*禁止EDMA，接下来HREF数据不读*/
}
}