一種高速PCI數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)圖像處理中數(shù)據(jù)采集與處理的現(xiàn)狀,介紹了基于DSP和PCI控制器的高速數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和處理的方法,并分別對(duì)電路原理圖的硬件設(shè)計(jì)和PCI接口的軟件設(shè)計(jì)做了闡述。該系統(tǒng)主要采用了DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理的算法程序,PCI總線控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)PCI總線接口,以及CPLD作為控制DSP與PCI之間能夠正常進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉屑~,從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速、高精度處理,為圖像采集與處理提供了新的方法。

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與成熟，數(shù)字圖像處理成為一個(gè)迅速發(fā)展的學(xué)科。由于圖像處理 的數(shù)據(jù)龐大，必須保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)有足夠的傳輸速率和存儲(chǔ)容量，高速數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ) 往往會(huì)形成現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的技術(shù)瓶頸。數(shù)字信號(hào)處理器能高速的處理數(shù)據(jù)并且具有強(qiáng) 大的數(shù)字吞吐能力，因此在數(shù)字采集處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而PCI總線也因?yàn)闃O高的數(shù) 據(jù)傳輸速率、獨(dú)立于存儲(chǔ)器以及能支持多個(gè)外設(shè)逐漸成為數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域中的主流微機(jī)總線。 由于PCI總線協(xié)議的復(fù)雜性，其接口電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不容易。但采用通用PCI接口芯片卻能 達(dá)到事半功倍的效果。本文介紹了基于DSP芯片和PCI總線控制芯片搭建的高速數(shù)據(jù)采集與 處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

2 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2. 1 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的主要指標(biāo)

1）該系統(tǒng)能夠完成超高速數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和板上大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；

2）系統(tǒng)采樣頻率達(dá)到400MSPS；

3）板上DSP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)預(yù)處理，如FFT，F(xiàn)IR等

4）為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，板上需要大容量的SDRAM；

2.2 總體設(shè)計(jì)

由設(shè)計(jì)指標(biāo)可知，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)應(yīng)由DSP芯片、PCI總線控制器、CPLD芯片、外 部存儲(chǔ)芯片和外部FIFO芯片等組成。圖2.1給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2.1 高速數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

該系統(tǒng)分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集與處理模塊、PCI總線接口模塊和CPLD控制模塊。下面分別進(jìn)行介紹。

2.3 數(shù)據(jù)采集處理模塊

數(shù)據(jù)采集模塊包括 DSP 芯片、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SDRAM）、FLASH 程序存儲(chǔ)器 和外部FIFO。DSP 芯片是一款32 位的浮點(diǎn)芯片TMS320C6701，其功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集， 包括從串口進(jìn)來(lái)的同步串行數(shù)據(jù)和從PCI 總線傳來(lái)的32 位并行數(shù)據(jù)；另外它還可以對(duì)采集 到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理。DSP 芯片主要涉及到三種主要類型的存儲(chǔ)器外部FIFO、SDRAM 與FLASH 接口問(wèn)題，這些都是通過(guò)DSP 的外圍存儲(chǔ)器接口EMIF 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其中FIFO 用 于與PCI 接口控制器S5933 緩沖采集到的圖像數(shù)據(jù)；外部存儲(chǔ)器SDRAM 存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)， 并在圖像處理過(guò)程中存儲(chǔ)必要的數(shù)據(jù)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇閃存FLASH，用來(lái)裝載引導(dǎo)程序和 圖象處理主程序。圖2.2 給出了DSP 芯片的EMIF（External Memory Interface）分別與FIFO、 SDRAM 和FLASH 的接口框圖。

2.3.1 DSP 與FIFO 接口部分硬件設(shè)計(jì)

圖 2.2 給出了DSP 芯片的EMIF（External Memory Interface）與兩片觸發(fā)式FIFO 的接 口框圖。圖中的觸發(fā)式FIFO 寬度為16bit，通過(guò)兩片F(xiàn)IFO 擴(kuò)展使得數(shù)據(jù)總線為32bit。系統(tǒng) 采用TI 公司的觸發(fā)式FIFO SN74ALVC7804，DSP 將32 位并行信號(hào)傳送到FIFO 的輸入端， 當(dāng)SN74ALVC7804 半滿時(shí)，其半滿信號(hào)/AF 用于通知TMS320C6701 FIFO 的數(shù)據(jù)已經(jīng)裝滿 一半，產(chǎn)生中斷INT6，S5933 可以開始讀取數(shù)據(jù)，這一中斷由CPLD 來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3.2 DSP芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的接口部分硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采取SDRAM來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，由于本系統(tǒng)目前的圖像數(shù)據(jù)為16bit RGB格式。所以系統(tǒng)采取總線寬度為16bit的SDRAM，但是由于DSP芯片TMS320C6701的數(shù) 據(jù)總線寬度為32位，所以要采用兩片SDRAM擴(kuò)展。根據(jù)以上所述，系統(tǒng)SDRAM選用了兩 片容量為4Mb的HY57V641620。其存儲(chǔ)格式為4BANKSx1Mx16bit，足夠系統(tǒng)使用。EMIF與 HY57V641620的擴(kuò)展接口框圖見圖2.2所示：

來(lái)源：維庫(kù)開發(fā)網(wǎng)