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1 嵌入式机器视觉系统总体方案
采用ARM+DSP结构的机器视觉系统总体结构如图l所示。以三星公司高性能ARM处理器S3C2440作为主控制器,配置并移植Linux操作系统,同时以TI公司的DSP芯片TMS320C5402为图像处理的协处理器,通过对DSP芯片自带的HPI接口的硬件连接方案和驱动程序设计,将二者有机地结合起来,各自发挥其独特优势,协调配合,完成目标采集、处理与视觉跟踪。 首先由智能摄像机采集现场运动目标的图像,由ARM控制将数据存放在ARM与DSP的公共存储区域中,并通知信号处理模块DSP调用各种算法(帧间差分、图像分割、特征提取、形心计算等)对视频图像进行处理,完成目标的识别与定位,并将结果信息传给ARM处理器,由ARM控制步进电机,调整PTZ摄像机位姿(水平转动P-Pan、垂直转动T-Tilt、景深伸缩Z-Zoom),使其对准运动目标,实现实时跟踪。此外,ARM处理器还负责多任务管理、人机交互及中断报警等。 作为双核系统,双核各自拥有很好的性能,于是主机ARM与协处理器DSP之间能否进行快速可靠的数据交换,直接决定机器视觉系统的运行效率。在硬件设计方面,采用主机并行接口HPI实现主机ARM与协处理器DSP之间的硬件直连,设计简单方便,时钟频率可达到DSP时钟频率的1/5,能够支持DSP与主机之间的高速数据传输。在软件设计方面,则移植嵌入式Linux操作系统,将HPI看作字符设备完成了驱动程序的设计。 2 双机通信硬件设计 2.1 HPI接口简介 主机接口(HPI)是TI公司C54x系列定点信号处理器(DSP)内部自带的接口部件,通过它可以方便地实现DSP与其他主机连接。C54x中的主机接口主要有3种类型:标准8位主机接口HPI-8,增强8位主机接口HPI-8,增强16位主机接口HPI-16。增强型的HPI可以允许主机访问DSP所有的片上RAM单元,而标准主机接口只允许访问固定的2 K片上RAM。本文中用到的TMS320C5402拥有增强HPI-16主机接口。它由以下5部分组成: 1)HPI存储器(DARAM) 传送主机与DSP之间的数据,在一个机器周期内能被访问2次,可以用作通用的双导址数据RAM或者程序RAM。 2)HPI地址寄存器(HPIA) 只有主机能对其进行直接访问。该寄存器中存放着当前寻址的HPI存储单元的地址。 3)HPI控制寄存器(HPIC) 地址002CH,主机和DSP都能对他直接访问,用来保存HPI操作的控制和状态位。 4)HPI数据锁存器(HPID) 只有主机能对它进行直接访问。如果当前进行的是读操作,则HPID中存放的是要从HPI存储器中读出的数据;如果当前进行写操作,则HPID中存放的是将要写到HPI存储器的数据。 5)HPI控制逻辑 处理HPI与主机之间的接口信号。 接口电路中使用的引脚及其作用是:HD[15:O]:并行、双向、三态的数据总线,不传递数据时为高阻态;HHWIL:半字定义选择引脚,用来表示第一或者第二半字。当低电平时表示第一半字;当高电平时表示第二半字。:读/写输入信号。高电平表示主机要读HPI,低电平表示写HPI。若主机没有读/写选通,则可以用一根地址线代替。HCNTL0和HCNTLl控制引脚表示访问那个内部HPI寄存器和访问寄存器的类型。表l是具体功能说明。:输入主要作为HPI的使能信号,而信号控制HPI数据传递;它们三者生成内部选通信号。就绪信号引脚,高电平表示HPI已经准备好执行1次数据传送;低电平表示HPI正忙。HINT:主机外部中断信号,用于HPI向主机发出中断。地址选通信号,仅用于复用方式。对于地址/数据总线分开的主机,必须把信号连接到高电平。 2.2 接口电路及其工作原理 S3C2440与TMS320C5402通过HPI连接的接口电路如图2所示,二者连接简洁方便,不必使用任何的附加电路。工作时,ARM首先初始化控制寄存器HPIC和地址寄存器HPIA,然后对HPID进行读写。初始化HPIC、HPIA时,通过A2、A3、A4、A5对应的地址进行操作,设置寄存器访问控制HCNTL0、HCNTL1、读写控制和半字访问HHWIL,配置好HPIC,并在HPIA中写入HPI存储器的起始地址。因为ARM主机具有独立的地址总线和数据总线,采用非复用方式,所以将HAS信号接高电平(VCC)。S3C2440的nWAIT信号与HPI的信号逻辑上反向,之间用反相器连接。 S3C2440通过片选信号nGCS2、读使能信号nOE、写使能信号nWE三者生成内部选通信号,控制对HPI的读写。 |
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