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DSP+FPGA混用設計 為了提高算法效率，實(shí)時(shí)處理圖像信息，本處理系統是基于DSP+FPGA混用結構設計的。業(yè)務(wù)板以FPGA為處理核心，實(shí)現數字視頻信號的實(shí)時(shí)圖像處理，DSP實(shí)現了部分的圖像處理算法和FPGA的控制邏輯，并響應中斷，實(shí)現數據通信和存儲實(shí)時(shí)信號。 首先，本系統要求DSP可以滿(mǎn)足算法控制結構復雜、運算速度高、尋址靈活、通信能力強大的要求。所以，我們選擇指令周期短、數據吞吐率高、通信能力強、指令集功能完備的DSP。同時(shí)也考慮了DSP功耗和開(kāi)發(fā)支持環(huán)境等要素。 由于從探測儀傳來(lái)的低層A／D信號，其差值預處理算法的數據量大，對處理速度的要求高，但運算結構簡(jiǎn)單，選用百萬(wàn)門(mén)級FPGA進(jìn)行硬件實(shí)現。采用DSP+FPGA混用的硬件系統就把兩者的優(yōu)點(diǎn)結合到一起，即兼顧了速度和靈活性，又滿(mǎn)足了底層信號處理和高層信號處理的要求。因此，非常適合實(shí)時(shí)信號處理系統。 系統架構設計 CompactPCI作為PCI總線(xiàn)的電氣、軟件和工業(yè)組裝標準，是當今最新的計算機標準之一。CompactPCI總線(xiàn)的高速、堅固、可靠、穩定，與PcI軟件的良好兼容性，使得它成為工控領(lǐng)域最流行和通用的計算機接口總線(xiàn)。 CPCI目前最高傳輸速度528MB／s，可用的PCI-X的最高傳輸速度可達1066MB／s。 在高速堅固，可靠穩定的技術(shù)基礎上，本系統設計了可運用客戶(hù)自有協(xié)議的CPCI背板和接口統、高度模塊化的CPCI業(yè)務(wù)板。 綜合業(yè)務(wù)處理平臺 綜合業(yè)務(wù)處理平臺是指在單一平臺實(shí)現多路信號預處理、復雜圖像算法、圖像顯示、數據存儲、系統控制等任務(wù)。這不僅要求硬件必須具備高性能，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)，嵌入式的應用環(huán)境還要求體積小、重量輕、功能強、可靠性高。 完整的系統由以下幾個(gè)模塊構成：箱體，電源，背板，A／D預處理板與信號處理板等。 箱體，電源和背板 箱體采用標準19英寸上架的外型尺寸。內部空間：支持2U 4槽CPCI背板；支持2個(gè)3UCPCI電源。箱體背部雙電源輸入接口，通斷式開(kāi)關(guān)(支持常開(kāi))。以便響應斷電后系統重啟的要求。 3U CPCI電源支持熱插拔；采用和系統一體的智能管理電源背板；支持AC輸入。 背板上有4個(gè)6U插槽，每個(gè)插槽有5個(gè)插座：P1，P2，P3，P4，P5。P1，P2為標準PCI，提供5V／3.3V信號環(huán)境。 系統槽P3，P3，P5定義按照系統板MIC-3369定義標準。 擴展槽：P1，P2，P3，P4，P5采用穿透型長(cháng)針，前后穿透，配護套。P1，P2這樣設計，前插板和后插板都可以根據實(shí)際需求從背板上取得供電。P3，P4，P5提供完善的信號前后路由。 此外，3個(gè)擴展槽的P3之間、P4之間、P5之間設計為PIN TO PIN連通。 這樣設計，為業(yè)務(wù)板間建屯線(xiàn)性擴展，上一級處理模塊與下一級模塊通信建立了物理通信端口。 A／D預處理板 考慮到系統每個(gè)業(yè)務(wù)板都要處理多路輸入，而且工程安裝設備要求便利，我們專(zhuān)門(mén)為模擬輸入的信號調理設計一個(gè)標準的處理模塊：尺寸為233.35mm×80mm×1槽空間。這樣信號線(xiàn)全部在箱體后部接入。每個(gè)業(yè)務(wù)板一一對應預處理的數字信號按照預定的方式通過(guò)P5高速傳送到對應業(yè)務(wù)板上的FIFO。FIFO控制器根據觸發(fā)的有效來(lái)變換工作方式。 考慮到系統擴展和故障排除的便利，業(yè)務(wù)處理板設計成統一的架構。這樣，用戶(hù)針對不同的處理業(yè)務(wù)只要更改設計好的軟件內核，硬件接口程序和用戶(hù)界面都不用更改。同樣，排除故障時(shí)只要更換問(wèn)樣的業(yè)務(wù)板即可完成。 業(yè)務(wù)處理板尺寸為233.35mm×160mm×1槽空間；支持PICMG 2.1熱插拔規范。 板上DSP和FPGA各自帶有RAM，用于存放業(yè)務(wù)處理過(guò)程所需要的數據。 PMC I／O擴展板 實(shí)際應用于工程時(shí)，模塊化的系統部件通常需要接受外部指令或通過(guò)特定的I／O接口輸出數據。我們采用了PMC卡來(lái)解決。PMC(PCIMezzanine Card)規范IEEE 1386給出了mezza-nine模塊的標準。它提供了一種針對不同載板規格高性?xún)r(jià)比的實(shí)現I／O功能的方式。 PMC標準是把PCI總線(xiàn)信號映像到PJ386板卡上。單模塊尺寸單((74mm ×149mm)上的前突起部分用來(lái)接通I／O，通過(guò)標為P1、P2、P3、P4的四個(gè)聯(lián)接頭與載板上PCI互聯(lián)。 用戶(hù)可以根據現場(chǎng)的要求選擇標準PMC網(wǎng)絡(luò )接口卡接受和傳輸數據。也可以按照需要定制各種串口I／O接口卡，完成時(shí)統調度。 系統處理板 MIC-3369采用低功耗Pentium-M處理器和優(yōu)化的Intel*E7501+ICH4R芯片組，具有支持64BIT／66MHz的系統總線(xiàn)，提供了3.2GB／s的帶寬，性能具有極佳的競爭力。MIC-3369在設計上支持PICMG2.16規范，兼容PICMG 2.9規范，能夠與遠程管理系統平臺協(xié)同工作。 系統應用 (遠)紅外遙測系統 在(遠)紅外遙測系統中開(kāi)展紅外數字視頻信號成像的實(shí)時(shí)處理系統。 在對大尺度空間或復雜地形進(jìn)行遙感觀(guān)瞄時(shí)，采用了多個(gè)紅外頻段的探測器。根據不同的精度數據進(jìn)行處理，繪制出圖像輸出到顯示終端，并把大量數據快速存儲到本地硬盤(pán)供后續使用。 系統的工作原理框圖示于圖4。 實(shí)時(shí)目標探測系統 在IC生產(chǎn)或精密器件研磨加工都使用了工業(yè)視頻處理系統。在這樣的系統中，并行輸入輸出的信號頻率一般不高，但對信號處理精度和實(shí)時(shí)性的要求很?chē)栏瘛?br /> 我們應用上述架構實(shí)現了一個(gè)實(shí)時(shí)目標檢測系統，該系統的任務(wù)主要足接收多個(gè)工位上傳的位置量傳感器，位移量傳感器和攝像頭輸出的灰度圖象，經(jīng)預處理、編碼、算法處理和目標識別后，輸出結果到顯示終端，同時(shí)發(fā)出指令給控制電路。其中，低層的處理，其運算數據量大，但運算結構較規則，適于用FPGA進(jìn)行純硬件實(shí)現；而算法處理及目標識別等高層圖象處理，要用到多種協(xié)議結構，用DSP編程來(lái)實(shí)現。系統的示意圖如圖5所示。 結語(yǔ) 采用本文介紹的體系結構，能夠在一個(gè)開(kāi)放的模塊化的平臺上迅速實(shí)現高密度高可靠性的系統。它具有以下特點(diǎn)： 1．低MTTR，高可用性； 2．系統配置靈活和升級、維護方便； 3．方便實(shí)施系統定制，降低研發(fā)成本； 4．迅速實(shí)現專(zhuān)屬應用，提高競爭優(yōu)勢。 |
