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1 引言
以直升機(有人機或無人機)為平臺，利用可見光成像和紅外成像傳感器技術(shù)，可以晝夜進行遠距離、大面積雷場偵察及其他障礙體系的偵察。當機載雷場偵察系統(tǒng)執(zhí)行任務時，系統(tǒng)對接收的雷場圖像進行GPS標定，同時將標定的圖像實時壓縮、存儲和傳輸。該系統(tǒng)具有極高的實時性要求。因此，考慮在系統(tǒng)中采用雙DSP和復雜可編程邏輯器件(CPLD)為核心來構(gòu)建高速處理體系。一方面，采用雙DSP體系結(jié)構(gòu)可以使系統(tǒng)具備極高的運算處理速度，滿足實時性要求，另一方面，CPLD的引入使系統(tǒng)的靈活性得到了很大的提高。將二者結(jié)合可使該系統(tǒng)充分體現(xiàn)新一代圖像壓縮系統(tǒng)更快速、更靈活的特點。
2 TMS320C62XX系列DSP的特點
根據(jù)圖像壓縮和存儲系統(tǒng)的特點，采用美國德州儀器(TI)公司的TMS320C62xx系列定點DSP作為核心處理器。其主頻為200 MHz~300 MHz，數(shù)據(jù)處理能力為1600 MI/s~2400 MI/s。它的主要特點如下：
(1)DSP內(nèi)核采用超長指令字(VLIW)體系結(jié)構(gòu)，8個功能單元共用32個32 bit通用寄存器，最多可在一個周期內(nèi)同時執(zhí)行8條32位指令，
從而大大提高了程序的執(zhí)行速度；
(2)電路內(nèi)部集成了l Mbit～7 Mbit片內(nèi)SRAM，分為內(nèi)部程序/Cache存儲器和內(nèi)部數(shù)據(jù)/Cache存儲器，不存在片內(nèi)存儲器與外部存儲器的總線競爭和訪問速度不匹配問題，因此訪問速度快，可以充分利用DSP強大的數(shù)據(jù)處理能力；
(3)具有32 bit外部存儲器接口(EMIF)，外部存儲器可尋址空間高達52 MByte�？膳cSDRAM和SBRAM實現(xiàn)無縫連接，用于大容量高速存儲。其直接異步存儲器接口可與SRAM和EPROM連接，用于小容量數(shù)據(jù)存儲和程序存儲。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
按功能劃分，圖像壓縮及存儲系統(tǒng)包括圖像采集模塊、GPS數(shù)據(jù)采集模塊、CPLD邏輯控制模塊、雙口RAM+雙DSP圖像處理模塊、圖像實時存儲模塊和壓縮數(shù)據(jù)輸出模塊。
為滿足系統(tǒng)實時性要求，整個系統(tǒng)的設(shè)計使用3個DSP，其中1個用于壓縮數(shù)據(jù)的實時存儲，2個采用級聯(lián)方式工作的DSP用于雷場圖像的實時壓縮和傳輸。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示。
DSPl接收成像設(shè)備產(chǎn)生雷場圖像數(shù)據(jù)和GPS定位系統(tǒng)產(chǎn)生定位數(shù)據(jù)，并根據(jù)GPS定位數(shù)據(jù)標定雷場圖像，然后對標定后的圖像進行實時壓縮。DSP2對壓縮后的雷場圖像依次進行量化重排、信源編碼和信道編碼，并將編碼后的圖像通過數(shù)傳機發(fā)送到地面。DSP3主要負責控制壓縮數(shù)據(jù)的實時存儲。
3.1 圖像采集模塊
本系統(tǒng)采用圖1所示的DSPl的EMIF來實現(xiàn)與可見光成像傳感器和紅外成像傳感器之間的通信，采集雷場的可見光圖像和紅外圖像信息。由于DSPl的EMIF接口是32位，而圖像數(shù)據(jù)的輸入字寬為8位，為了充分利用DSP的資源，使系統(tǒng)滿足快速傳輸處理的要求，設(shè)計時在傳感器和DSPl之間使用4個8位異步FIFO存儲器作為圖像數(shù)據(jù)的輸入緩沖。FIFO與EMIF之間的硬件接口如圖2所示。
圖2中的控制邏輯通過圖l的CPLDl來實現(xiàn)。CPLD1根據(jù)系統(tǒng)所需要的時序，控制產(chǎn)生EMIF的片選信號(CEn)、異步輸出允許信號(AOE)、異步寫允許信號(AWE)、異步讀允許信號(ARE)，同時通過接收FIFO的空標志(EF)、滿標志(FF)及半滿標志(HF)來產(chǎn)生DSP的中斷信號(INTx、INTy、INTz)，從而實現(xiàn)4個異步FIFO的讀寫操作。
3.2 GPS數(shù)據(jù)采集模塊
通過各種光學設(shè)備拍攝到的雷場圖像必須標定上相應的地理坐標信息才能使其具有實際意義。因此，系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)除了雷場圖像數(shù)據(jù)外還應包含相應的GPS定位數(shù)據(jù)。
由GPS定位系統(tǒng)根據(jù)偽距差分定位原理計算出的GPS定位數(shù)據(jù)按照整秒輸出，輸出接口為RS-232型串行接口。TMS320C62xx系列DSP帶有3個多通道緩沖串口(McBSP0——McBSP2)，考慮到McB-SP串口的電氣特性與RS-232串口的電氣特性之間存在差異，設(shè)計時在DSPI的McBSP接口上外接1個RS-232收發(fā)器，以便實現(xiàn)串口通訊，接收GPS定位數(shù)據(jù)。
3.3 CPLD邏輯控制模塊
為了協(xié)調(diào)系統(tǒng)中每個功能獨立的電路高效率工作，使用了2個復雜可編程邏輯器件(CPLD)控制DSP內(nèi)部多段內(nèi)存空間的訪問，并管理DSP與雙口RAM和FIFO之間的訪問時序。
此外，由于光學設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出字寬為8位、TTL電平，而DSP的EMIF接口是32位、LVTTL電平。因此，CPLD還必須通過控制相應的接口電路來解決因光學設(shè)備與DSP之間的接口差異而產(chǎn)生的問題，從而保證整個系統(tǒng)有序、高效的運行。
作者：周新建 張國進 高攀 高朝瑞 來源：國外電子元器件
