1. 引言
在圖象處理方面，有多種方式的處理系統(tǒng),根據(jù)不同的使用場(chǎng)所,、使用目的以及對(duì)性價(jià)比的不同要求,，可靈活選擇系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。交通圖象的檢測(cè)與處理方法的研究對(duì)于交通安全管理有著非常重要的理論意義和應(yīng)用" title="實(shí)際應(yīng)用">實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,。通過交通圖象的檢測(cè)識(shí)別可對(duì)路況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,，一旦發(fā)生交通擁擠，可以及時(shí)采取疏導(dǎo)措施,，防止不必要的交通事故的發(fā)生,；此外還可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通違章現(xiàn)象,。
目前 DSP 廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中[1],，成為數(shù)字化變革的主要角色，隨著DSP產(chǎn)品的不斷推陳出新,，C2000 系列,、C5000 系列、C6000 系列以及一些非主流的系列,，其性能不斷完善,。圖象處理屬于一種信號(hào)處理，采用DSP 設(shè)計(jì)出來的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)可以很好地滿足圖象處理的要求,。而引入FPGA 參與系統(tǒng)設(shè)計(jì),，又使得系統(tǒng)的開發(fā)周期大大縮短，成本大大減少,。本文介紹一種基于FPGA+DSP 的交通圖象處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,。由于交通圖象處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求較高，且應(yīng)用的場(chǎng)所特殊,，對(duì)于該系統(tǒng)方案還要考慮到性價(jià)比,，故采用了DSP5000 系列的芯片。為了滿足高速采樣數(shù)據(jù)流,、快速存取,、快速運(yùn)算的實(shí)時(shí)性要求，采用FPGA+DSP 的設(shè)計(jì)思想,。
2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文介紹的系統(tǒng)是基于FPGA+DSP 結(jié)構(gòu)的圖象處理系統(tǒng)[2],，整個(gè)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖（1）所示。系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的流程圖見圖（2）所示,。
在該系統(tǒng)中主要就是FPGA 模塊和DSP 模塊及它們的外圍電路，在此首先就介紹一下這兩種模塊?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA 屬于可編程ASIC 類,，由邏輯功能塊組成，并由用戶現(xiàn)場(chǎng)編程，因而既有門陣列的高邏輯密度和通用性,，又有可編程邏輯器件的用戶可編程特性,，因此在實(shí)現(xiàn)小型化、集成化和高可靠性的同時(shí),，減小了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn),，降低了設(shè)計(jì)成本，縮短了研發(fā)周期,。本系統(tǒng)中FPGA 作為協(xié)處理器主要是完成對(duì)數(shù)字信息的采集及預(yù)處理,，生成DSP的處理對(duì)象，現(xiàn)選用EPF10K20RC240-4,。
該系統(tǒng)DSP 選用TMS320VC5402,。TMS320VC5402 是TI 公司推出的一款性價(jià)比極高的低功耗的定點(diǎn)DSP 芯片，操作頻率可達(dá)100MIPS, 多總線結(jié)構(gòu),，允許使用C 語言編譯器,，在數(shù)字信號(hào)處理中廣泛應(yīng)用。TMS320VC5402 的數(shù)據(jù)/程序?qū)ぶ房臻g為1M×16bit,，內(nèi)置4K×16bitROM 和16k×16bitRAM,；內(nèi)置可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)(PLL)時(shí)鐘產(chǎn)生器,、兩個(gè)多通道緩沖串口,、一個(gè)與外部處理器通信的8 位并行HPI 口、兩個(gè)16 位定時(shí)器以及6通道DMA 控制器且低功耗,。與C54X 系列的其它芯片相比,，C5402 具有高性能、低功耗和低價(jià)格等特點(diǎn),。它采用6 級(jí)流水線,，且當(dāng)RPT(重復(fù)指令)時(shí)，一些多周期的指令就變成了單周期的指令,；芯片內(nèi)部RAM 和ROM 可根據(jù)PMST 寄存器中的OVLY 和DROM 位靈活設(shè)置,。這些都有利于算法的優(yōu)化。該芯片提供2 個(gè)MCBSP,，既可以工作在SPI 工作模式,，又可以工作在通用串口模式，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可靈活的應(yīng)用,。
3. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
該處理系統(tǒng)以PC 機(jī)作為信息處理人機(jī)對(duì)話平臺(tái)[3],，顯示當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；以DSP為核心處理器,，完成數(shù)據(jù)處理,、控制算法,、以及保護(hù)中斷的處理；以FPGA 為協(xié)處理器,，完成對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的采集,、預(yù)處理、管理DSP 和各種外部設(shè)備的接口配置,。FPGA 的這種預(yù)處理操作能夠使得DSP 專注于復(fù)雜運(yùn)算的實(shí)現(xiàn),，系統(tǒng)運(yùn)行在準(zhǔn)并行狀態(tài)，從而加快了處理速度,。
TMS320VC5402 采用3.3V 和1.8V 電源供電,，其中I/O 采用3.3V 電源供電，芯片的核采用1.8V 電源供電,。TMS320VC5402 有符合IEEE1149.1 標(biāo)準(zhǔn)的JTAG 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口及相應(yīng)的控制器,，從而通過仿真器與PC 機(jī)相連，通過測(cè)試引腳裝載程序,，進(jìn)行在線調(diào)試,。系統(tǒng)的啟動(dòng)、結(jié)束,、參數(shù)的設(shè)置以及圖象算法的選擇是由PC 機(jī)通過RS232 串口進(jìn)行控制的,。TMS320VC5402 內(nèi)部沒有FLASH 存儲(chǔ)器，程序需通過并口由仿真器下載,，不能脫機(jī)工作,。為了形成獨(dú)立的系統(tǒng)，采用外部擴(kuò)展閃速存儲(chǔ)器AM29LV200B 存儲(chǔ)程序,。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)從FLASH 中加載程序,。AM29LV200B 是AMD 公司生產(chǎn)的128KB16 位閃速存儲(chǔ)器，采用3V單電源供電,，可以使其內(nèi)部產(chǎn)生高電壓進(jìn)行編程和擦除操作,。具體編程、擦除操作由內(nèi)部嵌入的算法實(shí)現(xiàn),，用戶只需向其命令寄存器寫入標(biāo)準(zhǔn)的微處理器指令即可,。用戶還可以通過查詢特定的引腳或數(shù)據(jù)線監(jiān)控操作是否完成，可以對(duì)任一扇區(qū)進(jìn)行讀,、寫或擦除操作,，而不影響其它部分的數(shù)據(jù)。由于TMS320VC5402 的采樣速度及存儲(chǔ)空間受到自身的約束限制,，數(shù)據(jù)的采集,、流向控制和預(yù)處理由FPGA 及外擴(kuò)的SDRAM 完成。SDRAM 和其他的存儲(chǔ)器相比,，其速度快,，容量大,，該系統(tǒng)SDRAM 選用MT48LC32M16A2。DSP 的結(jié)構(gòu)框圖見圖（3）所示,。
4. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)好的硬件基礎(chǔ)上編寫程序來使得硬件實(shí)現(xiàn)具體操作應(yīng)用。軟件程序包含控制程序和上位機(jī)程序[4],。DSP 的控制軟件采用匯編語言與C 語言相結(jié)合編程,。采用C 語言編程大大縮短了開發(fā)周期，而且便于系統(tǒng)的修改,、升級(jí),，且可讀性強(qiáng)、可移植性好,，大大提高了算法的通用性,。但在某些情況下，C 代碼的效率還是不如匯編語言代碼的效率高,。所以結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)采用匯編語言與C 語言相結(jié)合的方式編程,。用匯編程序來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化、圖形操作,、串口操作,；用C 語言程序來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的流程控制及圖象處理。系統(tǒng)軟件流程圖見圖（4）所示,。
5. 結(jié)束語
基于 FPGA,、DSP 的設(shè)計(jì)是當(dāng)今數(shù)字電路研發(fā)的一種可行的實(shí)現(xiàn)方式。該系統(tǒng)中DSP的應(yīng)用使得圖象處理速度快,，很好地滿足了實(shí)時(shí)性要求,；采用FPGA 技術(shù)來進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，因其內(nèi)部功能是可以通過軟件來更改的,，有很大的靈活性和可重用性,，從而大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，降低了成本和硬件開發(fā)風(fēng)險(xiǎn),，因此具有很好的應(yīng)用前景,。此系統(tǒng)用于交通圖象的處理既能滿足其實(shí)時(shí)性要求，又節(jié)約了成本,，具有極高的性價(jià)比,。