基于BF533的图像采集与显示

0 引言
    在嵌入式图像处理系统中，经常需要对图像进行采集，并将采集图像的处理结果显示在嵌入式系统的彩色LCD之上，以使人能够对处理后的图像结果进行直观的观察，进一步对图像识别的正确与否进行人工判断。本设计主要是将嵌入式系统应用到智能饮水控制系统之中，从而实现对水位状况的检测。本系统可对所采集的图像进行边缘提取，并将结果显示在TFTLCD上。该设计将BF533提供的PPI接口同时连接到CMOS图像传感器MT9Vlll和TFTLCD显示器TS35NDl50l上，并采用分时工作方式来实现对图像的采集和显示。
    Blackfin处理器的PPI(并行外设接口)是一种多功能的并行接口，它可以配置为8 bit和16 bit两种带宽，并可支持双向数据流，同时包含了3条同步线以及一个与外部时钟相连的时钟引脚。PPI可以对ITU—R BT．656数据进行无缝解码，可实现对输入视频流进行解码，并能自动忽略有效视频之外的任何信号。

1 系统结构
    Blackfin系列处理器是ADI公司研制的一款嵌入式处理器，它集微控制器、DSP和媒体处理器的优势于身，可广泛应用于消费类多媒体、网络通信等多个领域。
    MT9V111是Micron Technology公司推出的一款l／4英寸图像传感器，它能够输出分辨率为640x480的数码图像信号。通过以I2C总线对其IFP(Image Flow Processor)寄存器进行配置，即可输出ITU_R BT．656 (YCbCr)、YUV、565RGB、555RGB和444RGB等数据格式的视频信号。
    TS35NDl50l是台湾台盛公司生产的一款以薄膜场效应晶体管为开关器件，能显示彩色图像的矩阵型液晶显示器。使用时可通过SPI总线对其内部的寄存器进行配置，如果没有对这些寄存器进行配置，该LCD将会自动运行在默认模式。在应用中，可将图像传感器MT9V111与TFTLCD TS35ND1501同时连接在BF533的PPI总线上，并采用分时方式完成图像的采集与显示，其系统硬件框图如图1所示。图中，ADG704为4选1的四通多路复用器，用以选择图像传感器和TFTLCD时对PPI总线提供的时钟进行切换。在图像采集方面，可将BF533的可编程I／O接口PF4与图像传感器的SCLK端口相连，并将PF2与SDATA相连，同时采用I2C总线方式实现对图像传感器MT9Vlll的配置。将PF0置l，PFI清0，可使FTFLCD处于复位状态，图像传感器处于工作状态。这时，ADG704的接口S2与接口D处于连通状态。而将图像传感器MT9V111提供的PIXCLK时钟信号提供给BF533的PPI_CLK接口，则可实现BF533对图像传感器传来数据的正确接收。图像显示可采用BF533内部提供的TIMERl作为帧同步信号，TIMER2作为行同步信号来控制图像的显示，不对TS35NDl501进行配置，系统将采用默认工作方式。进行图像显示时，可将可编程I／O接口PF0清0，以使图像传感器处于复位状态，将PFl置1使TFTLCD处于工作状态，这时，ADG704的接口S3与接口D处于连通状态，从而为BF533的PPI_CLK接口提供数据输出的20MHz时钟信号。需要指出，当有更多的外设需要和BF533通信时，采用CPLD进行逻辑扩展，可以解决GPIO接口不足的问题。

2 图像的采集
    在首次进行图形采集和图像显示之前，首先应对BF533的PLL、EBIU和系统的SDRAM进行设置，以使BF533能够正常稳定的工作。
    图2所示是图像采集的软件流程。通过设置BF533的FIO_DIR，FIO_FLAG_C，FIO_LAG_S寄存器，可使可编程I/O接口PFO为高电平，PF1为低电平，从而使图像传感器处于工作状态，TFTLCD处于复位状态。然后，就可以采用如下代码来实现对BF533的PPI接口初始化。[!--empirenews.page--]

    *pPPI_CONTROL=Ox001c；

    *pPPI_FRAME=240;//240行

    *pPPI_COUNT=639;//每行传输640个采样点

    *pPPI_DELAY=0;
    之后，再以如下代码对DMA控制器进行配置，便可使DMAO控制器映射为PPI接口，以便使DAMO通过PPI读取的数据的存储地址指向二维数组ImagelnBuffer[240][640]，并将DMA设置为二维传输模式。其代码为：

    *pDMAO_CONFIG=0x00b2；

    *pDMAO_PERIPHERAL_MAP=0x0；//配置为PPI

    *pDMAO_START_ADDR=&ImageInBuffer[0][0]；//指向要存放的首地址

    *pDMAO_X_COUNT=640；//二维传送，内层计数

    *pDMAO_X_MODIFY=0x1；//每次传送一个字节

    *pDMAO_Y_COUNT=240；//外层计数

    *pDMAO_Y_MODIFY=0x1；
    然后再初始化定时器，使其能从图像显示模式恢复为默认模式。再通过可编程逻辑接口PF2，并通过PF3采用I2C总线工作方式对图像传感器MTOVlll进行配置，以将图像传感器MT9V111设置为ITU_R BT．656(YCbCr)的数据输出方式。最后，再将BF533的寄存器DMA0_CONFIG中的标志位DMA_EN和PPI_CONTROL中的标志位PORT_EN置1，同时开启DMA0和PPI接口，并将寄存器TIMER_ENABLE中相应的标志位置1以开启相应的定时器。最后等待DAM0接收完一帧图像数据后的中断。

3 图像的显示
    图像显示中的TS35NDl501 TFTLCD是一款RGB数据接口的彩色图形点阵显示器，它的数据传输时序如图3所示。信号VSYNC与HSYNC分别为LCD的帧同步信号和行同步信号，DCLK为点阵数据传输时钟信号。其中TVP为帧同步信号的脉冲宽度，典型值为3倍行同步信号宽度(TH)。TVB为帧同步信号后沿时间，典型值为15个行脉冲宽度。TVF为帧同步信号的后沿时间，典型值为4个行脉冲宽度。在以上这三个信号时间内TFTLCD是不会接收要显示的数据的，故不显示的行数为3+4+15=22，也就是说，传输的图像数据中有22行的数据不会被显示到LCD上。所以定义一个无符号字符型二维数组DisplayBuffer[262][960]作为要显示数据的缓冲区，其中所定义数组的前22行是无用数据，后240行数据为要显示在TFTLCD上的图像数据。将从图像传感器获取的、存放在ImagelnBuffer中的UYVY (4：2：2)图像数据转换成LCD要显示的灰度图像数据格式(RGB24)，并存储在二维数DisplayBuffer[262][960]中。[!--empirenews.page--]

    通过设置BF533的FIO_DIR，FIO_FIAG_C，FIO_FLAG_S寄存器可使可编程I／O接口PF0为低电平，PF1为高电平，从而使LCD处于工作状态，图像传感器处于复位状态。之后，可以用如下代码对PPI接口进行配置。
    *pPPI_CONTROL=0x009e；//POLSIPACK_EN |Ox0010 | XFR_TYPE | PORT_DIR；
    *pPPI_DELAY=0xcb；//在进行写操作前延时106个时钟周期
    *pPPI_COUNT=959；//每行传输960个数据点然后，可采用如下代码对DMA0控制器进行配置，以将DAM0控制器配置为RESTART和FLOW_AUTO模式，从而使它能够循环实现对缓冲区DisplavBuffer中的数据的输出。
    *pDMA0_PERIPHERAL_MAP=Ox0；//映射为PPI接口
    *pDMA0_CONFIG=0x1030；//FLOW_AUTO |RESTART | DMA2D | WDSIZE_8；
    *pDMA0_START_ADDR=&DisplayBuffer[0][0]；//要显示数据的首地址
    *pDMA0_X_COUNT=960；
    *pDMA0_X_MODIFY=1；
    *pDMA0_Y_COUNT=262；
    *pDMA0_Y_MODIFY=1；
    对定时器TIMER1，TIMER2进行配置，可以使其对TFTLCD提供行同步和帧同步信号，以将其设置为PWM_OUT输出模式，并将定时时钟设置为采用PPI_CLK接口输入的20 MHz时钟信号，其代码如下：
    *pTIMER1_PERIOD=1224；//TH
    *pTIMER1_WIDTH=5；//THP，最小值
    *pTIMER1_CONFIG=0x02a9；//EMU_RUN |CLK_SEL|TIN_SELIPERIOD_CNTlPWM_OUT
    *pTIMER2 PERl0D=320688；//TV=262*TH=262*1224=320668
    *pTIMER2_WIDTH=3672；//TVP=3*TH=3*1224=3672
    *pTIMER2_CONFIG=0x02a9；
    最后，再启动PPI接口、DAM0控制器和相应的定时器，开始图像的显示，并延时5秒，以使图像在LCD上稳定的显示5秒钟。其显示软件流程图如图4所示。

4 结束语
    经过调试和修改，该系统能够实现对图像的采集并正确显示图像的处理结果，本设计可以满足预期的数据显示需求。本文经过对BF533的PPI接口进行合理应用，实现了对图像采集和显示的分时工作，能够满足一些情况下的应用。因为BF533只有一路PPI接口，所以无法实现对采集图像的实时显示。而要实现的对所采集数据的实时显示，则可采用BF561DSP，该DSP可提供两路PPI接口，因而能够满足图像的采集与实时显示。