基于TMS320DM642和EPM240芯片实现图像采集与处理系统的设计
1 引言
目前国内各大烟草制造企业的香烟包装都是在高速流水线上进行的，设备自动化程度 高，机械和电气控制复杂，生产中经常产生包装不合格的产品。目前的解决方法主要是通过 采集卡将烟包图像传输到工控机中，应用图像处理技术，检测出不合格的产品。这是一种 pc-based 的检测方法。现有的采集卡一般不具备图像处理的能力并且多是pci 接口，存在 安装和使用不方便，不支持热插拔等问题。
本文提出了一种应用ti 公司高性能dsp 处理器tms320dm642，视频解码器和altera 新推出的cpld epm240 组成的嵌入式的具有初步图像处理功能的采集系统。应用usb 接口将检测到的不合格产品图像信息实时传输到工控机上，供生产人员做进一步分析和统计 包装中出现的问题，以及时对生产设备进行维护，降低企业生产成本。
2 系统设计
dsp 处理器的视频口接收视频解码器输出的视频数据，采集一帧图像，通过edma 将缓存在视频口fifo 中的数据搬移到sdram 中。经过图像处理判定有无反包，拉线错位 及破损等错误。若要剔除烟包，工控机发出读请求唤醒usb 芯片ez-usb sx2（cy7c68001） ，dsp 启动edma 将sdram 中的图像传输到usb 的fifo（ep6）中。系统框图如图1 所示。
图1 系统结构图
dm642 是ti 公司推出的一款面向多媒体应用的定点数字信号处理器，设计主频为 500～ 720mhz，采用c64x 内核，2 级存储器结构，同时片上还集成了视频口（vp），外部 存储器接口（emif）等丰富的资源。dm642 特有的edma 负责片内l2 存储器与其他外设 之间的数据传输。epm240z 是altera 最新推出的max ii z 系列cpld。该系列采用非易失 的嵌入flash 工艺，以及创新的查找表（lut）逻辑结构，突破了传统宏单元器件的成本和功 耗限制。在max 系列基础之上，功耗只有十分之一，而容量增加了四倍，性能提升了一倍。
ez-usb sx2（cy7c68001）集成有usb2.0 收发器，串行接口引擎sie，4kb 的fifo， 可以选择的8 位或16 位总线方式。片上sie 能完成大部分的usb 协议操作，简化了用户设 置代码，但由于其内部不含微处理器，应用层协议由dsp 编程实现。
3 usb 通信接口硬件设计
系统中将 sx2 配置在dm642 的ce1 空间，四个端点（ep2，ep4，ep6，ep8）的地址空 间是0xa0000000“0xa0001bff。控制接口（ep0）的地址空间为0xa0002000”0xa000203f。 cy7c68001 与dsp 之间使用异步读写方式完成二者之间数据和命令的交换。中断信号占用 dm642 的外部中断ext_int5，四个状态信号（ready、flaga、flag 和flagc）和 唤醒信号分别配置在epm240g中的usb 状态寄存器（usb_sts）和usb 唤醒积存器中 （usb_wakeup） 。epm240g 占用dm642 的ce1 空间， 地址范围是 0x9a080000“0x9a080020。接口电路如图2 所示。
主要接口信号包括控制信号，数据总线和地址总线。
控制信号： usbint：中断信号。由sx2 提供，sx2 有六个中断源，中断发生时，dsp 读数据总线， 获取中断标志位判断具体哪个中断发生了。
flaga，flagb，flabc：状态信号。由sx2 提供，分别反映当前选中的fifo 的状态，可编程，满，空。
ce1，ce2：片选信号。由dsp 提供，选中ce1 或ce2 空间。
oe，re，we：输出允许信号，读使能信号，写使能信号。由dsp 提供。
地址总线：
aea22，aea［15..13］，aea［7..3］：地址总线。由dsp 提供，设定外设地址。
4 usb 通信接口dsp 端软件设计
dsp 图像采集与处理系统的软件包括设备驱动和客户应用程序。系统软件是在ti dsp/bios 操作系统的基础上开发的，如图3 所示。dsp/bios 是整个dsp 系统软件的核心， 各底层设备驱动程序完成硬件的驱动与管理，并对上层提供统一的接口；各应用任务模块完 成相应的应用功能，并由dsp/bios 提供实时任务调度与操作系统的支撑。vp driver、usb driver分别是dm642 视频口和与sx2 通信的emif 口的底层驱动，完成对相应硬件外设的 硬件抽象与配置管理。
dsp/bios中的设备驱动程序由两层组成，上层是类驱动（class driver），其典型功能 是提供多线程的串行化与服务请求的同步，另外还要处理设备实例的管理。这一层与驱动无 关，它是dsp/bios 本身所集成的一部分模块，主要包括sio、pip 及gio 三种类驱动模型， 本系统采用的是gio 类驱动。下层是微驱动程序（mini driver），gio 类驱动使用与具体设 备相关的微驱动程序来操作sx2，以实现主机应用程序图像发送与接收的功能。微驱动程序 对sx 的配置过程见图4。
5 usb 通信接口主机端驱动程序设计
与传统的 pc 总线（如pci 总线）设备的驱动程序相比，usb 设备驱动程序不直接与硬 件对话。这些工作由微软提供的usbd.sys 来完成。usb 设备驱动程序的主要工作就把客 户软件的请求翻译成usbd.sys 能执行的事务。usb 设备驱动程序主要完成以下功能：发 现、配置、关闭usb 设备。
usb 设备驱动程序向主机应用程序提供函数接口，如像ezusb_creat（），ezusb_close（） 等函数。应用程序调用函数ezusb_create（），返回唯一的windows 句柄后，才能调用驱动程 序的其他函数。应用程序通过调用标准win32 api 函数createfile（）来实现对ezusb_create（） 的访问。 控制与数据传送接口。应用程序使用 api 函数deviceiocontrol（）来执行这样的操作。 驱动程序将这个函数调用转化为一个带irp_mj_device_control 功能码的irp。像读取与写 入fifo 数据、endpoint0 的操作均是通过异步io 的方式来完成的。
6 结论
本文所设计的带有 usb 接口的dm642 图像采集与处理系统，一方面充分利用了dm642 的强大处理能力和丰富的外设功能，另一方面使用了新架构的maxiiz 系列cpld 有效的 降低系统的功耗。软件方面，以dsp/bios 为核心，实现了usb 的固件程序，并在主机端 开发usb 的设备驱动程序。该嵌入式图像采集与处理系统针对香烟生产流水线上的包装检 测而设计，基本上满足香烟条包在线检测的需要。
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本文提出了一种应用ti 公司高性能dsp 处理器tms320dm642，视频解码器和altera 新推出的cpld epm240 组成的嵌入式的具有初步图像处理功能的采集系统。应用usb 接口将检测到的不合格产品图像信息实时传输到工控机上，供生产人员做进一步分析和统计 包装中出现的问题，以及时对生产设备进行维护，降低企业生产成本。
2 系统设计
dsp 处理器的视频口接收视频解码器输出的视频数据，采集一帧图像，通过edma 将缓存在视频口fifo 中的数据搬移到sdram 中。经过图像处理判定有无反包，拉线错位 及破损等错误。若要剔除烟包，工控机发出读请求唤醒usb 芯片ez-usb sx2（cy7c68001） ，dsp 启动edma 将sdram 中的图像传输到usb 的fifo（ep6）中。系统框图如图1 所示。
图1 系统结构图
dm642 是ti 公司推出的一款面向多媒体应用的定点数字信号处理器，设计主频为 500～ 720mhz，采用c64x 内核，2 级存储器结构，同时片上还集成了视频口（vp），外部 存储器接口（emif）等丰富的资源。dm642 特有的edma 负责片内l2 存储器与其他外设 之间的数据传输。epm240z 是altera 最新推出的max ii z 系列cpld。该系列采用非易失 的嵌入flash 工艺，以及创新的查找表（lut）逻辑结构，突破了传统宏单元器件的成本和功 耗限制。在max 系列基础之上，功耗只有十分之一，而容量增加了四倍，性能提升了一倍。
ez-usb sx2（cy7c68001）集成有usb2.0 收发器，串行接口引擎sie，4kb 的fifo， 可以选择的8 位或16 位总线方式。片上sie 能完成大部分的usb 协议操作，简化了用户设 置代码，但由于其内部不含微处理器，应用层协议由dsp 编程实现。
3 usb 通信接口硬件设计
系统中将 sx2 配置在dm642 的ce1 空间，四个端点（ep2，ep4，ep6，ep8）的地址空 间是0xa0000000“0xa0001bff。控制接口（ep0）的地址空间为0xa0002000”0xa000203f。 cy7c68001 与dsp 之间使用异步读写方式完成二者之间数据和命令的交换。中断信号占用 dm642 的外部中断ext_int5，四个状态信号（ready、flaga、flag 和flagc）和 唤醒信号分别配置在epm240g中的usb 状态寄存器（usb_sts）和usb 唤醒积存器中 （usb_wakeup） 。epm240g 占用dm642 的ce1 空间， 地址范围是 0x9a080000“0x9a080020。接口电路如图2 所示。
主要接口信号包括控制信号，数据总线和地址总线。
控制信号： usbint：中断信号。由sx2 提供，sx2 有六个中断源，中断发生时，dsp 读数据总线， 获取中断标志位判断具体哪个中断发生了。
flaga，flagb，flabc：状态信号。由sx2 提供，分别反映当前选中的fifo 的状态，可编程，满，空。
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usb 设备驱动程序向主机应用程序提供函数接口，如像ezusb_creat（），ezusb_close（） 等函数。应用程序调用函数ezusb_create（），返回唯一的windows 句柄后，才能调用驱动程 序的其他函数。应用程序通过调用标准win32 api 函数createfile（）来实现对ezusb_create（） 的访问。 控制与数据传送接口。应用程序使用 api 函数deviceiocontrol（）来执行这样的操作。 驱动程序将这个函数调用转化为一个带irp_mj_device_control 功能码的irp。像读取与写 入fifo 数据、endpoint0 的操作均是通过异步io 的方式来完成的。
6 结论
本文所设计的带有 usb 接口的dm642 图像采集与处理系统，一方面充分利用了dm642 的强大处理能力和丰富的外设功能，另一方面使用了新架构的maxiiz 系列cpld 有效的 降低系统的功耗。软件方面，以dsp/bios 为核心，实现了usb 的固件程序，并在主机端 开发usb 的设备驱动程序。该嵌入式图像采集与处理系统针对香烟生产流水线上的包装检 测而设计，基本上满足香烟条包在线检测的需要。
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