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在遠程測控系統中，嵌入式系統由于其穩定性和實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)于傳統平臺而得到迅速發(fā)展。本文提出了一種以DSP芯片和VxWorks為操作系統的新型嵌入式系統設計方法。 1 測試系統工作原理 測試系統的主要任務(wù)是采用DSP芯片處理通過(guò)攝像頭拍攝并經(jīng)過(guò)A/D轉換的圖像。整個(gè)系統由視頻解碼器、DSP和PCI總線(xiàn)專(zhuān)用芯片組成。系統通過(guò)PCI總線(xiàn)同通信平臺交換數據，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行檢測控制。 2 關(guān)鍵設計及器件選擇 本系統設計的關(guān)鍵是視頻處理卡的設計，一般的視頻檢測卡功能有限，不能滿(mǎn)足本項目的需求，為此，筆者自行設計了一塊視頻檢測卡。 2.1 TMS320C32的功能特點(diǎn) 本測試系統中的DSP芯片選用T I公司的T M S 3 2 0 C 3 x系列產(chǎn)品，該器件的工作頻率為40MHz;采用哈佛總線(xiàn)結構。并且擁有獨特的指令系統和硬件乘加運算;外帶256k×32Bit的 FLASH、2k×8Bit的NVRAM和256k×32Bit的SRAM。該芯片是在TMS320C30的基礎上簡(jiǎn)化而來(lái)的， 含有TMS320C30的CPU內核。 TMS320C32的主要功能如下： ●帶有程序引導功能;●串行接口傳輸和存儲器均可支持8、16、32位的數據; ●可產(chǎn)生邊沿中斷和電平中斷;●可由用戶(hù)編程設定中斷向量表地址; ● 具有空等待和低功耗兩種電源管理方式;●具有兩個(gè)DMA通道; ●功能強大的外部存儲器接口既可以滿(mǎn)足視頻解碼接口8位數據的要求，又可以實(shí)現PCI接口32位數據的高速數據傳輸; ●靈活的程序加載可實(shí)現在系統編程; 一般情況下，S5933和DSP之間的硬件連接就是利用DSP的讀寫(xiě)信號R/ W、地址選通控制信號IOSTRB、外部設備就緒信號RDY和部分地址信號以及S5933的FIFO狀態(tài)信號WRFULL來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的時(shí)序和邏輯組合，從 而生成對S5933外加總線(xiàn)接口的讀寫(xiě)控制信號。 2.2 其它器件的選擇 本系統中的CPLD芯片選用ALTERA公司的EPM9320RC208。兩組幀存儲器A和B采用CYPRESS公司生產(chǎn)的兩塊CY7C1049芯片，該 芯片的容量為512k×8bit，存取時(shí)間不超過(guò)15ns，能滿(mǎn)足圖像實(shí)時(shí)采集要求。通過(guò)CPLD內部的一個(gè)乒乓開(kāi)關(guān)控制模塊可自動(dòng)完成幀間 讀寫(xiě)兩個(gè)通道接口的切換。而DSP和SAA7113之間的所有控制信號接口邏輯和時(shí)序轉換都由CPLD來(lái)完成，并可編程修改，因而提高了系統的使用靈活性 和可靠性。 SAA7113的作用是實(shí)現模擬圖像的A/D轉換。DSP與SAA7113之間的硬件接口的控制邏輯包括兩個(gè)子模塊：幀圖像寫(xiě)入控制器和乒乓開(kāi)關(guān)，這兩種功能可由一塊CPLD來(lái)完成。 在視頻卡設計中，電源模塊的設計也非常關(guān)鍵，它直接影響著(zhù)視頻卡的最后實(shí)現和穩定運行。 本監控系統采用TI公司的TPS3307-33D來(lái)作為電源檢測IC。該器件的Reset有效電源復位電壓值定義為VDD=1.1V。TPS3307-33D可同時(shí)監視兩種獨立電壓，還可控制另外一種電壓，這種電壓可以獨立調整并在內部與復位邏輯電路相連。 3 通信平臺的嵌入式系統設計 本設計的軟件系統包括底層軟件和系統軟件兩部分，其中底層軟件主要是DSP圖像處理算法以及啟動(dòng)等運行程序，這些程序可在CCS環(huán)境下由C語(yǔ)言編寫(xiě)并進(jìn)行匯編優(yōu)化，CCS是TI公司發(fā)布的DSP軟件運行環(huán)境; 在系統軟件方面，基于PCI總線(xiàn)的圖像處理系統所面臨的難點(diǎn)頗多，其中難度最大的是PCI驅動(dòng)問(wèn)題。 3.1 系統軟件的設計 系統軟件可以選用以VxWorks為操作系統的嵌入式設計方法。 VxWorks操作系統的集成環(huán)境叫Tornado。Tor-nado集成環(huán)境是一個(gè)高效明晰的圖形化實(shí)時(shí)應用開(kāi)發(fā)平臺，它包括一套完整的、面向嵌入式系統的開(kāi)發(fā)和調測工具。VxWorks的優(yōu)點(diǎn)如下： (1)具有較好的可裁減性; (2)支持應用程序的動(dòng)態(tài)鏈接和動(dòng)態(tài)下載; (3)具有較好的兼容性; (4)具有很高的可靠性和穩定性; (5)具有很好的實(shí)時(shí)性; VxWorks的多任務(wù)機制對任務(wù)的控制采用優(yōu)先級搶占和輪轉調度機制，從而充分保證了實(shí)時(shí)性，并可用同樣的硬件配置滿(mǎn)足更強的實(shí)時(shí)性要求，以便為應用開(kāi)發(fā)留下更大的余地。 PCI設備有三種物理存儲空間：配置空間、存儲器空間和I/O空間。其中配置空間是長(cháng)度為256字節的一段連續空間，空間定義如圖4所示，在配置空間中， 只讀空間包括設備標識、供應商代碼、修改版本、分類(lèi)代碼以及頭標類(lèi)型。其中供應商代碼用來(lái)標識設備供應商的代碼;設備標識用來(lái)標識某一特殊的設備;修改版 本標識設備的版本號;分類(lèi)代碼用來(lái)標識設備的種類(lèi);而頭標類(lèi)型用來(lái)標識頭類(lèi)型以及是否為多功能設備。除供應商代碼之外，其他字段的值可由供應商分配。 基地址寄存器最重要的功能是分配PCI設備的系統地址空間。在基地址寄存器中，bit0(最低位)可用來(lái)標識到底是存儲器空間還是I/O地址空間�；刂� 寄存器映射到存儲器空間時(shí)，bit0為“0”，而當其映射到I/O地址空間時(shí)，bit0為“1”。 在驅動(dòng)PCI設備時(shí)，首先是PCI設備的查找。嵌入式操作系統一般都提供有相應的API函數查找。而在VxWorks操作系統中，通過(guò)函數 pciFindDevice?PCI_VENDOR_ID?PCI_DEVICE?index? &pciBus? &pciDevice，&pciFunc_可以找到供應商代碼為PCI_VENDOR_ID、設備標識為PCI_DEVICE的第n(index+1)個(gè) 設備，并且返回總線(xiàn)號、設備號以及功能號，然后分別保存于&pciBus、&pciDevice、&pci-Func中。 其次是PCI設備的配置。通過(guò)操作系統提供的API函數可以訪(fǎng)問(wèn)PCI設備的配置空間，從而完成PCI設備基址寄存器的配置、中斷配置、以及ROM基地址 寄存器的配置，最終得到PCI存儲器空間和I/O地址空間的映射以及設備中斷號等。在VxWorks操作系統中，訪(fǎng)問(wèn)PCI設備配置空間的API函數有： pciConfigOutLong和pciConfigInLong等，它們可分別完成對PCI設備配置空間的讀寫(xiě)操作。 然后是根據PCI設備的配置參數來(lái)編寫(xiě)不同設備的初始化程序、中斷服務(wù)程序以及對PCI設備存儲空間的訪(fǎng)問(wèn)程序。 3.2 遠程控制與通信鏈路 由于基于串行口的PPP協(xié)通信方式現已被各種ISP所接受。而且VxWorks系統也支持PPP協(xié)議，因此，在VxWorks下通過(guò)Modem建立與ISP的物理連接，然后再完成設備的PPP數據鏈路設置，就可以通過(guò)Internet實(shí)現遠程控制。 |
