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《基于DSP的视频检测和远程控制系统设计》Word格式可编辑可修改
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基于DSP的视频检测和远程控制系统设计
摘要提出一种视频测和远程控制的嵌入式设计方法解决了采用具有高性能的数据处理功能的DSP作为视频检测处理器的设计总是同时提出在嵌入式操作系统中通信平台的设计方法实现了在嵌入式操作系统中PCI总线的设备驱动以及通过PPP协议与Internet建立连接。 关键词视频检测PCI总线PPP协议
引言
随着计算机视觉技术以及图像处理技术的不断发展计算机视觉和视频检测技术已经广泛应用于工业控制、智能交通、设备制造等很多领域。传统的视频检测往往采用工控机作为其视频处理器来实现其功能。这种方法往往由于工控机处理速度的问题无法实现对各个不同方向同时进行视频检测而且由于视频检测处理过程需要占用大量的处理时间 因而无法实现实时的远程控制功能。
目前在远程控制和通信方面基于DOS和Windows操作系统的通信平台得到普遍的引用但是DOS操作系统作为单任务操作系统无法实现多任务功能和实时处理的要求而Windows操作系统作为视窗操作系统其系统的稳定性和实时性也无法与实时多任务嵌入式操作相比拟。
本文提出一种以DSP作为视频检测处理芯片 以L inux为操作系统的嵌入式系统设计方法。
1系统结构
本系统的开发主要包括视频检测卡和x86通信平台的设计2个部分。视频检测卡主要包括模拟图像采集、转换、 DSP视频检测3个部分每块交换参数检测卡扩充PCI总线接口插在通信开发平台的PCI总线插口上通过PCI总线同通信平台交换数据。通信平台处理多块交通参数检测卡的通信问题将视频检测卡通过PCI总线传送过来的视频检测数据实时通过网络传送给控制中心。系统的功能方框图如图1所示。
根据系统设计要求视频检测卡功能主要分为模拟图像采集、模拟图像A/D转换、数据缓存以及DSP视频检测5个部分。视频检测卡流程如图2所示。
本系统采用Philips公司的SAA7111A来实现模拟图像A/D转换。该芯片可实现多路选通、锁相与时序、时钟产生与测试、 ADC、亮色分离等功能。其输出可以具有如下格式 YUV 4 1 1 12bi t 、 YUV
4 2 2 16bit 、 YUV 4 2 2(CCIR-656) 8bit等。 由于DSP处理芯片和SA7111A的时序不同可以通过CPLD进行逻辑控制FI FO来完成数据缓存的功能。
DSP是实时信号处理的核心。本系统采用TI公司DSP芯片——TMS320C6211。该芯片属C6000的定点系列 C6211在这个系列中是性价比最高的一种。 C6211处理器由3个主要部分组成 CPU内核、存储器和外设。集成外设包括E DMA控制器、外存储器接口 EM I F 、主机
口 HPI 、多通道缓冲接口 McBSP 、定时器、 中断选择子、 JTAG接口、 PowerDown逻辑以及PLL时钟发生器。通过EMIF接口扩充SDRAM而PCI总线控制芯片的扩展通过HPI接口。
PCI总线的接口芯片PCI9050主要包括PCI总线信号接口和本地总线LOCAL BUS信号。在硬件设计时只需将本地总线信号的接口通过电平转换连接到DSP的HPI接口 同时扩展PCI接口就可以完成其硬件电路设计。
2通信开发平台的嵌入式系统设计
通信开发平台以x86为核心器件扩充PCI总线通过Modem拨号实现x86与Internet的连接。
PCI总线设备驱动
PCI设备有3种物理空间配置空间、存储器空间和I/O空间。配置空间是长度为256字节的一段连接空间空间的定义如图3所示。在配置空间中只读空间有设备标识、供应商代码、修改版本、分类代码以及头标类型。其中供应商代码用来标识设备供应商的代码设备标识用来标识某一特殊的设备修改版本标识设备的版本号分类代码用来标识设备的种类头标类型用来标识头类型以及是否为多功能设备。除供应商代码之外其它字段的值由供应商分配。
命令字段寄存器用来提供设备响应的控制命令字状态字段用来记录PCI总线相关事件详细的命令控制和状态读取方法见参考文献4
基地址寄存器最重要的功能是分配PCI设备的系统地址空间。在基地址寄存器中 bit0用来标识是存储器空间还是I/O地址空间。基地址寄存器映射到存储器空间时bit0为“0” 映射到I/O地址空间时bit0为“1” 。基地址空间中其它一些内容用来表示PCI设备地址空间映射到系统空间的起始物理地址。地址空间大小通过向基地址寄存器写全“1” 然后读取其基地址的值来得到。
PCI设备的驱动过程主要包括下面几个步骤。
首先 P C I设备的查找。在嵌入式操作系统中一般提供相应的AP I函数在Linux操作系统中通过函数pcibios_f ind_device(PCI_VENDOR_ID PCI_DEVICE index &bus&devfn)可以找到供应商代码为PCI-ID设备标识为PCI-DEVICE的第n(index+1)个设备并且返回总线号和功能号分别保存于bus和devfn中。
第2步 PCI设备的配置。通过操作系统提供的API函数访问PCI设备的配置空间配置PC I设备基址寄存器的配置、中断配置、 ROM基地址寄存器的配置等这样可以得到PCI的存储器空间和I/O地址空闲映射设备的中断号等。在Linux操作系统中访问PCI设备配置空间的API函数有pcibios_write_config_byte、pcibios_read_config_byte等它们分别完成对PCI设备配置空间的读写操作。
第3步根据PCI设备的配置参数对不同的设备编写初始化程序、 中断服务程序以及对PCI设备存储空间的访问程序。
远程控制与通信链路的建立
与Internet连接的数据链路方式主要有Ethernet方式和串行通信方式。 Ethernet连接方式是一种局域网的连接方式广泛应用于本地计算机的连接。通过Modem进行拨号连接的串行通信方式可以实现远距离的数据通信下面详细介绍串行通信接口协议方式。
串行通信协议有SLIP、 CSLIP以及PPP通信协议。 SLIP和CSLIP提供一种简单的通过串行通信实现IP数据报封装方式通过232串行接口和调试解调器接入Internet。但是这种简单的连接方式有很多缺陷如每一端无法知道对方IP地址数据帧中没有类型字段也就是1条串行线路用于SLIP就不能同时使用其它协议 SLIP没有在数据帧中加上检验和当SLIP传输的报文被线路噪声影响发生错误时无法在数据链路层检测出来只能通过上层协议发现。
PPP Point to Point Protocal 点对点协议修改了SLIP协议中的缺陷。 PPP中包含3个部分在串行链路上封装IP数据报的方法建立、配置及测试数据链路的链路控制协议LCP 不同网络层协议的网络控制协议NCP 。 PPP相对于SL IP来说具有很多优势支持循环冗余检测、支持通信双方进行IP地址动态协商、对TCP和I P报文进行压缩、认证协议支持CHAP和P AP等。图4为PPP数据帧的格式。
PPP的实现可以通过2个后台任务来完成。协议控制任务和写任务。协议控制任务控制各种PPP的控制协议包括LCP、 NCP、 CHAP和P AP。它用来处理连接的建立、连接方式的协商、连接用户的认证以及连接中止。写任务用来控制PPP设备的数据发送。数据报的发送过程就是通过写任务往串行接口设备写数据的过程当有数据报准备就绪 PPP驱动通过信号灯激活写任务使之完成对串行接口设备的数据发送过程。 PPP接收端程序通过在串行通信设备驱动中加入“hook”程序来实现。在串行通信设备接收到1个数据之后 中行设备的中断服务程序ISR调用PPP的ISR。当1个正确的PPP数据帧接收之后 PPP的ISR通过调度程序调用PPP输入程序然后PPP输入程序从串行设备的数据缓存中将整个PPP数据帧读出根据PPP的数据帧规则进行处理也就是分别放入IP输入队列或者协议控制任务的输入队列。
PPP现在已经广泛为各种ISP Internet Sever Provider接受而Linux操作系统下完全支持PPP协议。在Li nux下网络配置过程中通过1个Modem建立与ISP的物理上的连接然后在控制面板
Control Panel里面选择Netowrks Configuration。在接口
Interface里面加入PPP设备填入ISP电话号码、用户以及密码 同时将本地IP和远端IP设置为修改/ETC/PPP/OPTI ON加上DEFAULTROUE 由ISP提供缺省路由这样就完成了设备的PPP数据链路设置过程可以通过Internet实现远程控制。
结束语
该设计方法已成功应用于智能交换系统的交通参数检测系统中。在该系
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