1 引言

以往的雙目機(jī)器視覺平臺(tái)通常采用視頻采集卡與工控機(jī)，其投資大，擴(kuò)展性差，可移動(dòng)性差，一般僅限于實(shí)驗(yàn)室研究用，實(shí)際應(yīng)用較少；現(xiàn)有的一些設(shè)備則采用嵌入式平臺(tái)，如基于ARM等系列的處理器，但由于其系統(tǒng)頻率、芯片結(jié)構(gòu)等多方面限制，系統(tǒng)構(gòu)成多為前端視頻A／D轉(zhuǎn)換，由ARM進(jìn)行視頻緩存、預(yù)處理、關(guān)鍵幀選取，通過網(wǎng)絡(luò)或PCI等接口發(fā)送至PC，在后端由PC進(jìn)行目標(biāo)處理，其缺點(diǎn)在于：在諸如需要多路處理、高精度、大數(shù)據(jù)量的視頻應(yīng)用中顯得能力不夠。

由于近年DSP芯片速度與功能的快速提高，逐漸展現(xiàn)出其在數(shù)字視音頻領(lǐng)域的應(yīng)用前景。DM642作為TI公司推出的一款視頻處理芯片，已在H.264等嵌入式視頻編解碼方面應(yīng)用較廣，而作為雙目視覺平臺(tái)則鮮有之。筆者構(gòu)建了嵌入式雙目機(jī)器視覺平臺(tái)，將兩路視頻采集、處理與一路視頻輸出等功能集成一體，給出了一個(gè)完整的硬件。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框架

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框架如圖1所示，該系統(tǒng)主要由核心板和視頻板組成。

核心板組成最小系統(tǒng)，是本系統(tǒng)的處理核心，在功能上主要完成圖像的處理工作，其上有JTAG口，可連接仿真器，用來在線調(diào)試。核心板包含兩路數(shù)字視頻輸入、一路數(shù)字視頻輸出，同時(shí)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口、串口接口、HPI／PCI接口和部分通用IO口，并采用排針引出。

此舉的目的在于構(gòu)成通用的圖像處理平臺(tái)，使不同的課題可根據(jù)各自項(xiàng)目要求，采用不同像素精度、采樣速率和帶寬的編解碼芯片，構(gòu)成新的圖像處理系統(tǒng)，也可再配以PCI或者HPI接口，將此平臺(tái)作為PC機(jī)上的板卡或者ARM的子系統(tǒng)，構(gòu)成功能更強(qiáng)大的嵌入式處理系統(tǒng)。

為構(gòu)建雙目視覺平臺(tái)的需要(PAL制模擬視頻)，本系統(tǒng)的視頻板主要功能是兩路模擬視頻采集，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，一路視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換并模擬視頻輸出。視頻板的另一功能是電源轉(zhuǎn)換，由外接6～12 V電源，可輸出3.3 V和1.4 V直流電壓，還設(shè)置了串口接頭和網(wǎng)口接口用于外部通信，設(shè)計(jì)了部分，用于擴(kuò)展鍵盤。

3 核心板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

核心板的功能主要為圖像處理與接口控制，由DM642，，和組成，四者通過64 bit寬的外圍存儲(chǔ)器接口來連接，負(fù)責(zé)片選、頁選等邏輯控制；外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，并在圖像處理過程中存儲(chǔ)必要的數(shù)據(jù)和程序(見圖1中的部分)，采用2片 芯片擴(kuò)展了32Mbyte(4M×64 bit)的片外存儲(chǔ)空間，在CEO空間提供了64 bit寬的SDRAM接口總線，大大提高了RAM與CPU的數(shù)據(jù)交互速度；4 Mbyte的AM29LV320DB90E1 存儲(chǔ)器，映射到CE1的低地址空間，用來Boot Loading和存儲(chǔ)配置信息。

本系統(tǒng)中，CE1空間被配置為8 bit寬，是8 bit寬的，所以原來的第16位數(shù)據(jù)位，復(fù)用作A3地址位。CPLD用來創(chuàng)建2根地址線，把Flash分成4頁，每頁1 Mbytes。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，F(xiàn)lash位于第0頁。在系統(tǒng)初始化完成后，可通過CPLD控制選頁，從而實(shí)現(xiàn)對Flash各頁的讀寫操作。在上電或復(fù)位時(shí)，DSP會(huì)從位于外部CE1空間的Flash的起始地址拷貝1 的代碼到內(nèi)部RAM地址為0處，并開始執(zhí)行。用戶需要用這1 的代碼把自己的用戶程序加載并指向起始點(diǎn)，開始運(yùn)行。

本模塊重點(diǎn)與難點(diǎn)在于CPLD的時(shí)序設(shè)計(jì)與BootLoader程序設(shè)計(jì)。CPLD需同時(shí)顧及SDRAM，與串口芯片的地址、頁選與功能控制，并需配合DM642集成開發(fā)環(huán)境的工具Flash Burner進(jìn)行在線Flash燒寫，其中不僅需要設(shè)計(jì)CPLD控制代碼，還要改寫Flash Burher的地址選通等相關(guān)代碼。

4 視頻板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

視頻板是針對本雙目視覺平臺(tái)的功能需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要構(gòu)建了視頻采集、輸出模塊、與外界的交互接口及電源管理模塊等。

4.1 視頻采集模塊

根據(jù)雙目視覺平臺(tái)的需要，設(shè)計(jì)了兩路視頻采集，每一路都由CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)以2：1隔行掃描采集，并以PAL制模擬視頻輸入到芯片，再經(jīng)過完成模擬圖像轉(zhuǎn)變成數(shù)字圖像的工作，輸出數(shù)字并行信號CIF(720×576)，YUV(4：2：2)，ITU-BT656碼流(8位)，送至DM642的 進(jìn)行視頻處理，DM642的 采用8位模式輸入，高位對齊(連接VP[2..9])。其框圖如圖2所示。

是此模塊的核心，DM642通過它提供I2C總線的SCL時(shí)鐘，在系統(tǒng)初始化時(shí)對SAA7113(從設(shè)備)內(nèi)部的32個(gè)寄存器配置相應(yīng)參數(shù)，通過RTSO的上拉、下拉操作，可改變芯片的I2C總線默認(rèn)讀寫地址。