基于TMS320 DM642的多路视频处理系统设计

关键词： DM642 , TMS320 , 处理系统 , 视频

近年来，DSP技术不断进步和发展，现有的高端通用DSP芯片，如TI公司的C6000系列，已具有最高可达5760MIPS的处理能力，广泛应用于雷达、移动通信基站等大运算量、高实时性的信号处理领域，同样也完全可以满足诸如视频处理等多媒体应用的要求。
　　但是随着视频监控市场的飞速扩大，目前市面上的一些视频监控系统缺点逐渐显现，包括成本高昂、路数少、实时性差以及画质不佳，且由于不同场合监控需求不一样使得用户对监控产品的灵活性和针对性提出了更高的要求。本设计采用TI公司的TMS320DM642多媒体处理芯片作为主控芯片，将成本控制在可行范围内，并且充分利用芯片内核的高速处理能力保证监控系统实时性，是一种兼顾成本及监控质量的好方法。
　　TMS320DM642(以下简称DM642)是TI公司于2002年推出的一款专门为数字媒体应用设计开发的32-bit定点DSP芯片，具备高性能的C64x数字信号处理器内核外且集成了丰富的外设资源，如可配置的音视频接口、以太网MAC控制器、JATG仿真器接口等。
　　图1为整个系统的结构框图。以DM642为核心，主要包括视频模块、存储模块、通信模块以及其他外围电路部分。视频模块由四块编码器芯片和一块解码器芯片组成，采用切换方式以支持四路复合视频输入和一路视频输出显示;存储模块通过DM642的EMIF接口扩展片外存储器SDRAM和FLASH，并通过CPLD控制FLASH片内分页寄存器的读写;通信模块部分利用CPLD控制并口传输模式，实现时序逻辑以及数据传输，使整个系统作为从设备接受主设备控制以完成特定的图像处理运算等。

　　系统硬件架构
　　电源管理模块
　　DM642工作频率为600MHz，采取双电源供电方式：CPU内核电压+1.4V，电流793mA;外围I/O电压+3.3V，电流165mA。这两个独立电压在供电时需要严格按照顺序进行，保证内核电源先上电，最晚也应当与I/O电源同时上电，避免对芯片造成危害。
　　电源芯片，采用TI公司的高性能电源转换芯片TPS54310，它利用电路板上5V电源驱动两个线性稳压模块，经过两路电压转换生成所需的+1.4V及+3.3V电压，精度达1%。
　　上电过程中，在内核电压和I/O电源达到要求的电压之前需确保系统时钟处于复位状态，以避免产生不受控制的状态。因此采用TI公司的电源检测芯片TPS3823-33，它能够对系统使用最多的+3.3V电压进行监测，并且允许系统中各芯片在任意时刻通过复位来调整工作状态。
　　时钟电路
　　为了降低片外时钟频率，提高系统稳定性，在设计DSP系统时应尽量使用DSP片内锁相环(PLL)。在本设计中选用外部50MHz的时钟源，经过PLL进行12倍频后得到CPU所需的600MHz主频。在本设计中，采用1/4CPU时钟为ECLKIN提供150MHz的时钟，并通过ECLKOUT1引脚将时钟提供给SDRAM的CLK引脚。
　　整个系统中使用到的时钟频率还有视频编解码芯片的14.31818MHz时钟，它与DSP主时钟一样都采用外部有源晶体振荡器。
　　外部存储器
　　本系统主要用于视频图像处理，在处理过程中会产生海量数据，而DM642片内最多仅有256KB容量的RAM，所以必须扩展大容量的外部存储器才能够满足数据处理的需要。
　　本设计采用两片Hynix公司的HY57V283220T(4M×32bit)SDRAM芯片构成64bit外部RAM空间;采用一片AM29LV033C(4M×8bit)FLASH芯片构成外部ROM空间。将上述两片SDRAM芯片并联构成64-bit位宽、32MB大小的存储空间映射到配置为同步动态存储器接口、64bit位宽的CE0子空间。
　　视频通路模块
　　本设计中将DM642的3个视频端口VP0\VP1\VP2均设置为8-bitBT.656模式，其中VP0和VP1采用单通道方式，将通道A用于视频采集;VP2采用双通道方式，通道A和B均用于视频采集。因此，最多可以同时采集4路模拟视频信号。在BT.656视频捕获模式下，FIFO空间总共为2560KB且如下分配：1个1280Byte的FIFO专用于存储Y采样数据;2个640Byte的FIFO分别用于存储Cb和Cr数据。
　　采用4片飞利浦公司的SAA7113解码芯片来实现4路模拟视频输入的转换。SAA7113支持6路复合视频信号CVBS或1路S端子(S-Video)输入，输出为带离散同步信号的8bit4：2:2YCbCr格式或者带内嵌同步信号的8bitBT.656格式的数字视频信号。
　　在视频回放部分，编码器选用1片飞利浦公司的SAA7121，其可将数字亮色信号(YUV)或数字RGB信号等数据转换成CVBS，S-VIDEO，RGB等模拟信号输出，支持PAL/NTSC制式，并且支持VGA及高清晰HDTV输出。
　　编解码器与DM642的引脚连接图如图2所示。