基于DSP的USB技术在图像传输中的应用

　　0 引言

　　当前，数字信号处理器(DSP)芯片以其强大的运算能力不仅在通信、电子、图像处理领域得到了广泛的应用，同时在医疗，生物等新兴领域也有相应的应用。基于DSP的多功能滴定仪器主要是用于粮食质量的无公害检测，在该项目中， 需要设计一个图像采集和处理的DSP子系统， 该DSP子系统主要完成RAW格式图像数据的采集和相关的处理， 处理后的图像数据的显示和更进一步的处理及判别需要由PC机来完成，同时Pc机处理后的结果还需要返回给DSP。由于DSP端需要传给Pc的图像数据是不需要经任何压缩的RAw格式，而RAW格式的图像数据与压缩过的图象数据(如JPEG等)相比，数据量比较大，这样就需要设计一个高速接口来完成DSP与主机之间的大容量数据交互。由于USB接口具有热插拔，速度快等特点，因此在该项目中选择了USB作为DSP和Pc机之间的接口方式。结合整个系统的需要，设计了TMS320DM642芯片和CYPERSS公司的USB接口控制芯片CY7C68013相连接，可使PC机通过USB2．0接口实时地从DSP处获得RAW格式的图像数据，从而将DSP从数据传输中解放出来，解决了Pc机与DSP之间的大容量图像数据的传输问题。

　　1 硬件连接设计

　　1．1 基本工作流程

　　在本系统中， 多功能滴定仪器的DSP与主机之间的接口主要由3个部分组成：主机(能够支持USB2．0协议的PC机)，USB接口芯片CY7C68013和高速DSP芯片TMS320DM642。

　　其基本工作流程是：当USB设备插入PC时，PC和USB设备之间会完成一个枚举过程，PC将设计好的设备驱动程序装载UUSB芯片中。枚举过程结束后即可进行数据的传输， 当PC要从DSP内存空间读取图像数据时， 由于在上电之后，DSP的内存空间中已经采集到了一帧图像数据，因此，它首先启动USB芯片中的接收程序，通过USB芯片的端口6将固定长度的图像数据依次读入FIFO，当FIFO中的数据达到一定数量后，USB芯片会自动将数据打包传送给USB总线，直到传输完毕。然后通过USB芯片的PAl引脚向DSP的EXTINT4发送中断信号，DSP芯片在收到中断信号之后，会启动相应的中断程序，进行下一帧图像数据的采集， 为PC下一次读取图像数据做好准备，这样PC就可以动态地控制图像的读取速度。

　　当PC有数据要发送时，它将数据直接传给USB芯片，USB芯片收到数据后，按指定的数据长度将数据写到发送端口2的FIFO中，然后自动启动内部的GPIF相关程序，将数据写入DSP相应的内存地址空间， 接下来USB芯片通过设置DM642的HPIC寄存器中的DSPINT位(将其置i)，向DM642发起中断，通知DM642有数据到。

　　1．2 硬件连接

　　由于DM642的HPI接口是从模式的，因此CY7C68013须以主模式参与连接，这样我们选择可编程控制接口GPIF方式与DM642的HPI接口进行连接。接口问信号线的连接见表1：

　　USB接口芯片通过GPIF波形描述符的编写来匹配DM642的HPI接口的读写时序，从而能正确地对HPI内部的四个寄存器进行读写，成功地实现对HPI口的操作。从FX2L P的PA口选取PA[7：6]连接HCN TL[1：0]， 实现对HPI寄存器操作的选择，见表2：

　　表2 HPI寄存器的选择与功能除了以上两个接口间主要的信号线连接外，还有以下几点需要说明：

　　接口芯片CY7C68013的SCL和SDA两个管脚应该上拉，DM642的HAS#管脚应上拉和HD5管脚应下拉。[page]

    1．3 DSP内存空间的访问

　　DSP内存空间的正确访问是实现USB接口功能最关键的部分。USB接口芯片是通过运用其GPIF口来访问DM642的HPI接口，来达到间接访问DM642的内存空间，DM642的HPI接口各个寄存器的读写时序详见参考文献[2]。然后再通过芯片内部的USB2．oh3议模块完成与主机(PC)之间的数据交换，从而实现DSP与主机之间的数据传输。因此，通过GPIF波形描述符的编写来匹配DM642的HPI接口的读写时序成为了驱动程序中最重要的部分。

　　在该项目中，主机从DSP内存空间中读取的主要是图像数据，而图像数据往往存放在连续的地址空间中， 因此这里采用的是以地址白增方式读IIPI数据寄存器。读HPID的过程为： 先向控制寄存器HPIC写入操作控制字；再向地址寄存器HPIA写入欲操作的DM642的内存空间地址： 然后等待DM642以EDMA的方式完成内部操作，并将数据准备好：然后从数据寄存器HPID处根据HPIC中控制字的要求以地址自增方式连续读取DM642内存空间的数据。

　　同时由于主机向DSP内存空间中写入的是少量控制数据，故以固定地址方式写HPI数据寄存器。写HPID的过程为：先向控制寄存器HPIC写入操作控制字：再向地址寄存器HPIA写入欲操作的DM642的内存空间地址；然后以固定地址方式根据HPIC中控制字的要求向HPID中写入数据；最后DM642以EDMA的方式完成内部操作，将HPID中的数据写入HPIA中的内存地址空间。

　　2 固件的设计

　　固件是在USB接口芯片加电后， 由其它设备加载~CY7C68013中并在其中运行完成接口数据传送功能的一段程序。在本接口中采用的是由Pc机通过USB接口加载固件的方式。

　　固件程序的编写主要分为4个大的模块：设备描述模块，该模块唯一的功能就是提供主机启动在重新枚举设备时所需要的VID和PID以及其它一些必要的设备描述符。主模块，主要完成设备的初始化、固件运行后的“重新枚举”、进入循环不断接收Pc机发送的一些命令并等待数据的传送。数据收发模块，主要完成初始化数据传送端口， 并且处理主机发出的命令。

　　GPIF模块，主要是完成对DM642的tIPI接口的时序进行编程，这种时序的编程具体来说就是设定一个个波形描述符，GPIF波形描述符的编程一般使用CYP RESS公司提供的GPIF TOOL具进行配置。在固件的编写中关键的是GPIF波形描述符的编写。波形描述符的编写首先必须弄清楚DM642的HPI接口的读写时序，然后设置好相应的控制信号的波形。

　　3 结束语

      通过上述方式设计的USB接口，主机与DSP之间的数据传输速度可达lObfops以上，能够实时地将DSP采集并做了适当处理的RAW图像数据传输到PC上，完全满足PC端的显示及计算需求，提高了粮食质量检测的精度，完全能够达到系统设计的需求。限于篇幅，本文没有详细介绍主机端驱动和应用程序的设计， 该方案可进一步扩展，借助TMS320DM642强大的处理能力，应用于视频压缩、图像处理等多个领域。