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基于以Linux為系統DSP的視頻檢測解決方案

來源:中國數字音視網        編輯:數字音視工程    2009-10-22 00:00:00     加入收藏    咨詢

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基于以Linux為系統DSP的視頻檢測解決方案

 

        視頻檢測技術已廣泛應用于工業控制、智能交通、設備制造等很多域。傳統的視頻檢測往往采用工控機作為其視頻處理器來實現其功能。這種方法往往由于工控機處理速度的問題,無法實現對各個不同方向同時進行視頻檢測,而且由于視頻檢測處理過程需要占用大量的處理時間,因而無法實現實時的遠程控制功能。

        現在在遠程控制和通信方面,基于DOS和Windows操作系統的通信平臺得到普遍的引用,但是DOS操作系統作為單任務操作系統,無法實現多任務功能和實時處理的需要;而Windows操作系統作為視窗操作系統,其系統的穩定性和實時性也無法和實時多任務嵌入式操作相比擬。

         本文提出一種以DSP作為視頻檢測處理芯片,以Linux為操作系統的嵌入式系統設計方法。

        1 系統結構

本系統的研發主要包括視頻檢測卡和x86通信平臺的設計2個部分。視頻檢測卡主要包括模擬圖像采集、轉換、DSP視頻檢測3個部分,每塊交換參數檢測卡擴充PCI總線接口,插在通信研發平臺的PCI總線插口上,通過PCI總線同通信平臺交換數據。通信平臺處理多塊交通參數檢測卡的通信問題,將視頻檢測卡通過PCI總線傳送過來的視頻檢測數據實時通過網絡傳送給控制中央。系統的功能方框圖如圖1所示。

        根據系統設計需要,視頻檢測卡功能主要分為:模擬圖像采集、模擬圖像A/D轉換、數據緩存連同DSP視頻檢測5個部分。視頻檢測卡流程如圖2所示。

        本系統采用PHILIPS公司的SAA7111A來實現模擬圖像A/D轉換。該芯片可實現多路選通、鎖相和時序、時鐘產生和測試、ADC、亮色分離等功能。其輸出能夠具備如下格式:YUV 4:1:1(12bit)、YUV 4:2:2(16bit)、YUV 4:2:2(CCIR-656)(8bit)等。由于DSP處理芯片和SA7111A的時序不同,能夠通過CPLD進行邏輯控制FIFO來完成數據緩存的功能。

        DSP是實時信號處理的核心。本系統采用TI公司DSP芯片——TMS320C6211。該芯片屬C6000的定點系列,C6211在這個系列中是性價比最高的一種。C6211處理器由3個主要部分組成:CPU內核、存儲器和外設。集成外設包括EDMA控制器、外存儲器接口(EMIF)、主機口(HPI)、多通道緩沖接口(McBSP)、定時器、中斷選擇子、JTAG接口、PowerDown邏輯連同PLL時鐘發生器。通過EMIF接口擴充SDRAM,而PCI總線控制芯片的擴展通過HPI接口。

        PCI總線的接口芯片PCI9050,主要包括PCI總線信號接口和本地總線(LOCAL BUS)信號。在硬件設計時,只需將本地總線信號的接口通過電平轉換連接到DSP的HPI接口,同時擴展PCI接口就能夠完成其硬件電路設計。

        2 通信研發平臺的嵌入式系統設計

        通信研發平臺以x86為核心器件,擴充PCI總線,通過Modem撥號,實現x86和Internet的連接。

         2.1 PCI總線設備驅動

        PCI設備有3種物理空間:配置空間、存儲器空間和I/O空間。配置空間是長度為256字節的一段連接空間,空間的定義如圖3所示。在配置空間中只讀空間有設備標識、供給商代碼、修改版本、分類代碼連同頭標類型。其中供給商代碼用來標識設備供給商的代碼;設備標識用來標識某一特別的設備;修改版本標識設備的版本號;分類代碼用來標識設備的種類;頭標類型用來標識頭類型連同是否為多功能設備。除供給商代碼之外,其他字段的值由供給商分配。

        命令字段寄存器用來提供設備響應的控制命令字;狀態字段用來記錄PCI總線相關事件。

        基地址寄存器最重要的功能是分配PCI設備的系統地址空間。在基地址寄存器中,bit0用來標識是存儲器空間還是I/O地址空間。基地址寄存器映射到存儲器空間時bit0為“0”,映射到I/O地址空間時bit0為“1”。基地址空間中其他一些內容用來表示PCI設備地址空間映射到系統空間的起始物理地址。地址空間大小通過向基地址寄存器寫全“1”,然后讀取其基地址的值來得到。

 

        PCI設備的驅動過程主要包括下面幾個步驟。

        首先,PCI設備的查找。在嵌入式操作系統中一般提供相應的API函數,在Linux操作系統中通過函數pcibios_find_device(PCI_VENDOR_ID,PCI_DEVICE,index,&bus,&devfn)能夠找到供給商代碼為PCI-ID,設備標識為PCI-DEVICE的第n(index+1)個設備,并且返回總線號和功能號,分別保存于bus和devfn中。

        第2步,PCI設備的配置。通過操作系統提供的API函數訪問PCI設備的配置空間,配置PCI設備基址寄存器的配置、中斷配置、ROM基地址寄存器的配置等,這樣可以得到PCI的存儲器空間和I/O地址空閑映射,設備的中斷號等。在Linux操作系統中,訪問PCI設備配置空間的API函數有pcibios_write_config_byte、pcibios_read_config_byte等,它們分別完成對PCI設備配置空間的讀寫操作。

         第3步,根據PCI設備的配置參數,對不同的設備編寫初始化程序、中斷服務程序以及對PCI設備存儲空間的訪問程序。

        2.2遠程控制與通信鏈路的建立

        與Internet連接的數據鏈路方式主要有Ethernet方式和串行通信方式。Ethernet連接方式是一種局域網的連接方式,廣泛應用于本地計算機的連接。通過Modem進行撥號連接的串行通信方式,可以實現遠距離的數據通信,下面詳細介紹串行通信接口協議方式。

         串行通信協議有SLIP、CSLIP以及PPP通信協議。SLIP和CSLIP提供一種簡單的通過串行通信實現IP數據報封裝方式,通過RS232串行接口和調試解調器接入Internet。但是這種簡單的連接方式有很多缺陷,如每一端無法知道對方IP地址;數據幀中沒有類型字段,也就是1條串行線路用于SLIP就不能同時使用其它協議;SLIP沒有在數據幀中加上檢驗和,當SLIP傳輸的報文被線路噪聲影響發生錯誤時,無法在數據鏈路層檢測出來,只能通過上層協議發現。

        PPP(PointtoPointProtocal,點對點協議)修改了SLIP協議中的缺陷。PPP中包含3個部分:在串行鏈路上封裝IP數據報的方法;建立、配置及測試數據鏈路的鏈路控制協議(LCP);不同網絡層協議的網絡控制協議(NCP)。PPP相對于SLIP來說具有很多優勢;支持循環冗余檢測、支持通信雙方進行IP地址動態協商、對TCP和IP報文進行壓縮、認證協議支持(CHAP和PAP)等。

        圖4為PPP數據幀的格式。

 

        PPP的實現可以通過2個后臺任務來完成。協議控制任務和寫任務。協議控制任務控制各種PPP的控制協議,包括LCP、NCP、CHAP和PAP。它用來處理連接的建立、連接方式的協商、連接用戶的認證以及連接中止。寫任務用來控制PPP設備的數據發送。數據報的發送過程,就是通過寫任務往串行接口設備寫數據的過程,當有數據報準備就緒,PPP驅動通過信號燈激活寫任務,使之完成對串行接口設備的數據發送過程。PPP接收端程序通過在串行通信設備驅動中加入“hook”程序來實現。在串行通信設備接收到1個數據之后,中行設備的中斷服務程序(ISR)調用PPP的ISR。當1個正確的PPP數據幀接收之后,PPP的ISR通過調度程序調用PPP輸入程序,然后PPP輸入程序從串行設備的數據緩存中將整個PPP數據幀讀出,根據PPP的數據幀規則進行處理,也就是分別放入IP輸入隊列或者協議控制任務的輸入隊列。

        PPP現在已經廣泛為各種ISP(InternetSeverProvider)接受,而Linux操作系統下完全支持PPP協議。在Linux下網絡配置過程中,通過1個Modem建立與ISP的物理上的連接,然后在控制面板(ControlPanel)里面選擇Netowrks Configuration。在接口(InteRFace)里面加入PPP設備,填入ISP電話號碼、用戶以及密碼,同時將本地IP和遠端IP設置為0.0.0.0,修改/ETC/PPP/OPTION,加上DEFAULTROUE,由ISP提供缺省路由,這樣就完成了設備的PPP數據鏈路設置過程,可以通過Internet實現遠程控制。

       結束語

        該設計方法已成功應用于智能交換系統的交通參數檢測系統中。在該系統中,采用4塊DSP視頻檢測卡實現4個不同路面區域的交通參數檢測,同時采用Linux作為通信平臺的操作系統;通過PPP協議建立與監控中心的連接,實現監控中心對各個視頻檢測卡的遠程控制。

        本文提出的視頻檢測和遠程控制的嵌入式系統;通過PPP協議建立與監測中心的連接,實現監控中心對各個視頻檢測卡的遠程控制。

        本文提出的視頻檢測和遠程控制的嵌入式系統設計方案,充分利用了DSP的高性能的數據處理功能和嵌入系統操作系統的實時穩定的特點,采用PPP協議建立與Internet的連接,實現視頻檢測的遠程控制。這種DSP信號處理與嵌入式操作系統相結合的模式,可以廣泛應用于工業控制、產品制造、智能交通等的視頻檢測領域,具有廣泛的應用前景。

 

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