杜俊賢DU Jun-xian；董良新DONG Liang-xin；王連桂WANG Lian-gui

（煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院，煙臺(tái) 265500）

（Yantai Automobile Engineering Professional College，Yantai 265500，China）

0 引言

開發(fā)汽車圖像處理平臺(tái)，對汽車智能化進(jìn)程有著重要的推動(dòng)作用，能為我國智能交通體系的建立打下良好的基礎(chǔ)。市場上在選擇智能汽車的傳感器時(shí)，多采用TV 攝像機(jī)或者CCD 攝像頭，利用攝像頭獲取的圖像對車輛周邊環(huán)境進(jìn)行采集。由于計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的處理速度和存儲(chǔ)容量大大提高，基于圖像處理的智能汽車技術(shù)逐漸成為了主流。

車輛路況數(shù)據(jù)采集以前多采用單片機(jī)作為控制器，通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換（AD）、存儲(chǔ)器以及外圍電路進(jìn)行工作。但由于車輛路況復(fù)雜，信息量大，單片機(jī)的處理速度難以達(dá)到大數(shù)據(jù)采集的要求。而僅僅單獨(dú)利用DSP 進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集，會(huì)因?yàn)榈讓訑?shù)據(jù)量大導(dǎo)致頻繁中斷高層的算法、計(jì)算公式和控制結(jié)構(gòu)，影響了DSP 的性能；因此我們采用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）來實(shí)現(xiàn)底層的信號(hào)數(shù)據(jù)的處理，不僅速度高而且運(yùn)算結(jié)構(gòu)簡單；而DSP 專門處理高層的算法、公式和控制結(jié)構(gòu)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車輛道路圖像的處理平臺(tái)包含了路況圖像采集模塊、FPGA 模塊、DSP 模塊、路況圖像輸出模塊、存儲(chǔ)器和控制電路。下面介紹一下各模塊的功能：

路況圖像采集模塊：利用A/D 陣列對輸入視頻信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理，再經(jīng)過D/A 轉(zhuǎn)換，就可將視頻顯示在監(jiān)控設(shè)備上。

FPGA 模塊：FPGA 是視頻信號(hào)采集、處理和顯示的控制核心，主要包括模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列采集控制、數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和控制、時(shí)序的產(chǎn)生與控制、圖像的預(yù)處理和顯示控制、EMIF 總線接口邏輯。本文圖像處理平臺(tái)中采用的是EP1K50 芯片。本芯片工作頻率高達(dá)250MHz，滿足復(fù)雜邏輯控制同時(shí)具有存儲(chǔ)和緩沖功能。

DSP 模塊：DSP 模塊是實(shí)時(shí)圖像處理平臺(tái)的核心，對通過FPGA 預(yù)處理后的圖像進(jìn)行識(shí)別、檢測和跟蹤等復(fù)雜的圖像數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算。本模塊包含復(fù)位控制、時(shí)鐘系統(tǒng)、DSP 器件、Flash 程序存儲(chǔ)器、JTAG 端口、SDRAM 圖像幀存儲(chǔ)器等。本平臺(tái)選用的DSP 芯片為TMS3206201，主頻為200MHz，峰值性能可以達(dá)到2400MOPS。

路況圖像輸出模塊：對經(jīng)DSP處理后的數(shù)字圖像進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再與同步信號(hào)疊加后形成標(biāo)準(zhǔn)的視頻。

2 系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案

2.1 路況圖像采集模塊 總共設(shè)有六路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中A/D0、A/D1、A/D2 共享一路數(shù)據(jù)總線ADCB14～27，A/D3、A/D4、A/D5 共享另一路數(shù)據(jù)總線ADCB0～13。A/D0、A/D3 共享輸出使能信號(hào)ADC_OEO，A/D1、A/D4 共享輸出使能信號(hào)ADC_OEO1，A/D2、A/D5 共享輸出使能信號(hào)ADC_OEO2。六路模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)和片選信號(hào)，保證了同步采樣，通過數(shù)據(jù)總線與FPGA 管腳連通，在模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后，通過三個(gè)ADC_OEO信號(hào)分時(shí)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了并行采集的目的，節(jié)約了FPGA 資源。

2.2 FPGA 模塊 經(jīng)過ADS8364 芯片處理過的來自CCD 攝像頭的圖像處理信號(hào)與紅外光電感應(yīng)信號(hào)、行同步信號(hào)、奇偶場信號(hào)、場同步信號(hào)一起進(jìn)入FPGA。圖像實(shí)時(shí)處理結(jié)果通過多通道緩沖串口由FPGA 傳給上位機(jī)，再傳至DSP。串口通信控制可由FPGA 編程實(shí)現(xiàn)，也可以選用TL16C554 芯片來實(shí)現(xiàn)，后一種方法可以節(jié)省FPGA 片內(nèi)資源。

2.3 DSP 模塊 路況圖像的實(shí)時(shí)顯示對數(shù)據(jù)的處理和傳輸速度都有非常高的要求，DSP 模塊可以對傳輸和數(shù)據(jù)處理分時(shí)進(jìn)行，從而提高系統(tǒng)性能。DSP 芯片C6201DMA控制器具有四個(gè)相互獨(dú)立的可編程的傳輸通道，允許進(jìn)行四路不同內(nèi)容的DMA 傳輸；選取一個(gè)輔助DMA 通道專門負(fù)責(zé)與主機(jī)通信，其他的DMA 通道的數(shù)據(jù)傳輸在片內(nèi)存儲(chǔ)器、外部器件或片內(nèi)外設(shè)之間獨(dú)自進(jìn)行。平臺(tái)在在DSP 外擴(kuò)展的SDRAM 中設(shè)置了三個(gè)幀存儲(chǔ)區(qū)，保證了圖像的連續(xù)采集和連續(xù)顯示。（圖3）

2.4 路況圖像輸出模塊 本模塊通過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADV7125 將DSP 處理后的圖像數(shù)據(jù)與字符信號(hào)結(jié)合，形成VGA 格式視頻，同時(shí)接收FPGA 產(chǎn)生的數(shù)字視頻信號(hào)，再與同步信號(hào)和消隱信號(hào)疊加后，完成路況圖像輸出顯示。

3 結(jié)論

基于DSP_FPGA 的車輛道路圖像的處理平臺(tái)設(shè)計(jì)以DSP 和FPGA 為核心，增加了視頻輸入通路。同時(shí)底層的信號(hào)數(shù)據(jù)的處理都通過了FPGA，后期的調(diào)試過程證明這樣做使得調(diào)試非常方便，使得DSP 專門處理高層的算法、公式和控制結(jié)構(gòu)，不僅速度高而且運(yùn)算結(jié)構(gòu)簡單。最后經(jīng)大量的系統(tǒng)仿真證實(shí)：該平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，處理速度快，視頻效果優(yōu)秀。

[1]智能監(jiān)控系統(tǒng)[Z].國家科技成果.

[2]范斌，常青.基于DSP 的FPGA 動(dòng)態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].信息與電子工程，2010（02）.

[3]谷鑾，徐貴力，王友仁.FPGA 動(dòng)態(tài)可重構(gòu)理論及其研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2007（11）.