基于DSP的嵌入式图像处理平台的构建与应用

论文摘要

近年来,随着图像处理技术的发展,越来越多的图像信息被应用到工业自动化等诸多领域。同时集成电路也有了高速发展,使得单板系统的处理能力有了很大的提高。尤其是以DSP为代表的浮点处理器的性能有了相当的提升。嵌入式的图像处理系统有了实现的可能。本文提出以基于TI的DSP芯片TMS320DM642的嵌入式图像处理平台的构建,及其在酒瓶检测方面的应用测试。本论文首先介绍了传统的图像处理系统的特点,并通过分析DSP芯片及其系统的特点,提出了基于TI公司的TMS320C64X系列TMS320DM642芯片的嵌入式图像处理平台的思路,以克服传统基于PC机模式的图像处理系统的缺点,提高系统的实时性能,最大可能的降低成本,并加强系统的知识产权保护。该系统将图像触发、采集、处理以及图像传输集成到单PCB板上,采用视频接口芯片SAA7111A和可编程逻辑阵列FPGA实现系统前端的图像采集以及图像的输出控制,使用DSP进行各类通用的算法设计,系统中大容量的FLASH和SDRAM使该系统能够适用于多种应用场合。主要的工作及创新有以下几部分。(1)嵌入式系统各功能模块的电路设计。整个系统中包括视频采集部分,主控芯片DM642及外围电路部分,存储单元部分(包括FLASH, SDRAM,双口RAM等),以及FPGA部分。视频接口采用的PHILIPS的视频芯片SAA7111A。将复合视频、YC分量等模拟视频信号进行AD转换以获取图像的数字信号,同时提取其中的同步和时钟信号。(2)嵌入式系统的PCB绘制。DM642芯片可以运行在600MHz的处理速度,所以电路板是一块高频板。本次绘制的电路板使用PROTEL软件,电路板分为六层。三层信号,两层地,一层电源。电路中既有数字电路又有模拟电路,为了电路工作的稳定性,没有选用软件的自动布线引擎,而是采用了交互式布线方式,绘制工作量较大。(3)嵌入式系统的软件开发。嵌入式系统的应用软件开发不同于PC机上的应用开发,具有有限且少量的程序存储器及数据存储器,需要对软件在运行速度及占用空间上进行优化。本文列举了几种常用的嵌入式程序优化方法。(4)系统在酒瓶检测中的应用测试。系统测试了酒瓶检测线上的图像处理应用。首先将PC机上的程序移植到DSP系统,分模块封装成可调用的函数。然后通过DSP开发软件CCS进行调试测试,再分函数计算程序运行所占用的时间。最后,对本系统以及今后基于DSP的图像处理系统的发展作了总结与展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究背景
• 1.2 图象处理技术
• 1.3 DSP技术的发展
• 1.3.1 DSP的主要结构特点
• 1.3.2 DSP技术在工业上的应用
• 1.4 论文的主要研究工作和章节安排
• 第二章 图像处理系统概述
• 2.1 图像处理系统
• 2.1.1 图像输入模块
• 2.1.2 数据存储模块
• 2.1.3 数据输出模块
• 2.1.4 图像处理模块
• 2.2 基于DSP的图像处理系统
• 2.3 本章小结
• 第三章 实时系统的硬件设计
• 3.1 硬件框图
• 3.2 DSP芯片
• 3.2.1 DM642的内部运算单元
• 3.2.2 DM642的Cache结构
• 3.3 地址映射
• 3.4 外部存储器接口
• 3.5 直接存储器访问
• 3.6 EDMA控制机制和特点
• 3.7 多通道缓冲串口
• 3.8 中断控制
• 3.9 芯片模式设置
• 3.10 FPGA芯片选取
• 3.11 系统电源电路
• 3.12 DM642的视频端口
• 3.13 视频数据采集电路设计
• 3.14 高速PCB设计
• 第四章 实时系统的软件设计
• 4.1 DSP的开发工具链
• 4.1.1 Code Composer集成软件开发环境
• 4.1.2 DSP/BIOS
• 4.1.3 嵌入式编程语言
• 4.1.4 混合编程关键技术
• 4.1.5 JTAG程序调试仿真器
• 4.2 程序软件优化设计
• 4.2.1 快速算法
• 4.2.2 数组指针化
• 4.2.3 减少判断转换
• 4.2.4 计算表格化
• 4.2.5 目标环境中的优化
• 4.2.6 减少函数调用
• 4.2.7 使用寄存器
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统在酒瓶在线检测中的应用
• 5.1 酒瓶检测系统的背景
• 5.2 酒瓶检测系统软件流程
• 5.3 瓶口定位
• 5.4 瓶口缺陷检测
• 5.4.1 基于Bresenham画圆原理[31]的圆环外圆检测
• 5.4.2 圆环内密封面环形扫描法检测
• 5.5 系统测试及实验结果
• 第六章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 电路板分层显示
• 学位论文评阅及答辩情况表