基于DSP芯片和VxWorks操作系統(tǒng)的RTOS視頻網(wǎng)絡(luò)檢測

　　在遠程測控系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)由于其穩(wěn)定性和實時性優(yōu)于傳統(tǒng)平臺而得到迅速發(fā)展。本文提出了一種以DSP芯片和VxWorks為操作系統(tǒng)的新型嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法。

　　1　測試系統(tǒng)工作原理

　　測試系統(tǒng)的主要任務(wù)是采用DSP芯片處理通過攝像頭拍攝并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的圖像。整個系統(tǒng)由視頻解碼器、DSP和PCI總線專用芯片組成。系統(tǒng)通過PCI總線同通信平臺交換數(shù)據(jù)，同時通過網(wǎng)絡(luò)進行檢測控制。

　　2　關(guān)鍵設(shè)計及器件選擇

　　本系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是視頻處理卡的設(shè)計，一般的視頻檢測卡功能有限，不能滿足本項目的需求，為此，筆者自行設(shè)計了一塊視頻檢測卡。

　　2.1 TMS320C32的功能特點

　　本測試系統(tǒng)中的DSP芯片選用T I公司的T M S 3 2 0 C 3 x系列產(chǎn)品，該器件的工作頻率為40MHz;采用哈佛總線結(jié)構(gòu)。并且擁有獨特的指令系統(tǒng)和硬件乘加運算;外帶256k×32Bit的 FLASH、2k×8Bit的NVRAM和256k×32Bit的SRAM。該芯片是在TMS320C30的基礎(chǔ)上簡化而來的， 含有TMS320C30的CPU內(nèi)核。

　　TMS320C32的主要功能如下：

　　●帶有程序引導(dǎo)功能;●串行接口傳輸和存儲器均可支持8、16、32位的數(shù)據(jù);

　　●可產(chǎn)生邊沿中斷和電平中斷;●可由用戶編程設(shè)定中斷向量表地址;

　　● 具有空等待和低功耗兩種電源管理方式;●具有兩個DMA通道;

　　●功能強大的外部存儲器接口既可以滿足視頻解碼接口8位數(shù)據(jù)的要求，又可以實現(xiàn)PCI接口32位數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)傳輸;

　　●靈活的程序加載可實現(xiàn)在系統(tǒng)編程;

　　一般情況下，S5933和DSP之間的硬件連接就是利用DSP的讀寫信號R/ W、地址選通控制信號IOSTRB、外部設(shè)備就緒信號RDY和部分地址信號以及S5933的FIFO狀態(tài)信號WRFULL來進行簡單的時序和邏輯組合，從 而生成對S5933外加總線接口的讀寫控制信號。

　　2.2 其它器件的選擇

　　本系統(tǒng)中的CPLD芯片選用ALTERA公司的EPM9320RC208。兩組幀存儲器A和B采用CYPRESS公司生產(chǎn)的兩塊CY7C1049芯片，該 芯片的容量為512k×8bit，存取時間不超過15ns，能滿足圖像實時采集要求。通過CPLD內(nèi)部的一個乒乓開關(guān)控制模塊可自動完成幀間 讀寫兩個通道接口的切換。而DSP和SAA7113之間的所有控制信號接口邏輯和時序轉(zhuǎn)換都由CPLD來完成，并可編程修改，因而提高了系統(tǒng)的使用靈活性 和可靠性。

　　SAA7113的作用是實現(xiàn)模擬圖像的A/D轉(zhuǎn)換。DSP與SAA7113之間的硬件接口的控制邏輯包括兩個子模塊：幀圖像寫入控制器和乒乓開關(guān)，這兩種功能可由一塊CPLD來完成。

　　在視頻卡設(shè)計中，電源模塊的設(shè)計也非常關(guān)鍵，它直接影響著視頻卡的最后實現(xiàn)和穩(wěn)定運行。

　　本監(jiān)控系統(tǒng)采用TI公司的TPS3307-33D來作為電源檢測IC。該器件的Reset有效電源復(fù)位電壓值定義為VDD=1.1V。TPS3307-33D可同時監(jiān)視兩種獨立電壓，還可控制另外一種電壓，這種電壓可以獨立調(diào)整并在內(nèi)部與復(fù)位邏輯電路相連。

　　3　通信平臺的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計

　　本設(shè)計的軟件系統(tǒng)包括底層軟件和系統(tǒng)軟件兩部分，其中底層軟件主要是DSP圖像處理算法以及啟動等運行程序，這些程序可在CCS環(huán)境下由C語言編寫并進行匯編優(yōu)化，CCS是TI公司發(fā)布的DSP軟件運行環(huán)境;

　　在系統(tǒng)軟件方面，基于PCI總線的圖像處理系統(tǒng)所面臨的難點頗多，其中難度最大的是PCI驅(qū)動問題。

　　3.1 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件可以選用以VxWorks為操作系統(tǒng)的嵌入式設(shè)計方法。

　　VxWorks操作系統(tǒng)的集成環(huán)境叫Tornado。Tor-nado集成環(huán)境是一個高效明晰的圖形化實時應(yīng)用開發(fā)平臺，它包括一套完整的、面向嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)測工具。VxWorks的優(yōu)點如下：

　　(1)具有較好的可裁減性;

　　(2)支持應(yīng)用程序的動態(tài)鏈接和動態(tài)下載;

　　(3)具有較好的兼容性;

　　(4)具有很高的可靠性和穩(wěn)定性;

　　(5)具有很好的實時性;

　　VxWorks的多任務(wù)機制對任務(wù)的控制采用優(yōu)先級搶占和輪轉(zhuǎn)調(diào)度機制，從而充分保證了實時性，并可用同樣的硬件配置滿足更強的實時性要求，以便為應(yīng)用開發(fā)留下更大的余地。

　　PCI設(shè)備有三種物理存儲空間：配置空間、存儲器空間和I/O空間。其中配置空間是長度為256字節(jié)的一段連續(xù)空間，空間定義如圖4所示，在配置空間中， 只讀空間包括設(shè)備標識、供應(yīng)商代碼、修改版本、分類代碼以及頭標類型。其中供應(yīng)商代碼用來標識設(shè)備供應(yīng)商的代碼;設(shè)備標識用來標識某一特殊的設(shè)備;修改版 本標識設(shè)備的版本號;分類代碼用來標識設(shè)備的種類;而頭標類型用來標識頭類型以及是否為多功能設(shè)備。除供應(yīng)商代碼之外，其他字段的值可由供應(yīng)商分配。

　　基地址寄存器最重要的功能是分配PCI設(shè)備的系統(tǒng)地址空間。在基地址寄存器中，bit0(最低位)可用來標識到底是存儲器空間還是I/O地址空間?；刂?寄存器映射到存儲器空間時，bit0為“0”，而當其映射到I/O地址空間時，bit0為“1”。

　　在驅(qū)動PCI設(shè)備時，首先是PCI設(shè)備的查找。嵌入式操作系統(tǒng)一般都提供有相應(yīng)的API函數(shù)查找。而在VxWorks操作系統(tǒng)中，通過函數(shù) pciFindDevice?PCI_VENDOR_ID?PCI_DEVICE?index? &pciBus? &pciDevice，&pciFunc_可以找到供應(yīng)商代碼為PCI_VENDOR_ID、設(shè)備標識為PCI_DEVICE的第n(index+1)個 設(shè)備，并且返回總線號、設(shè)備號以及功能號，然后分別保存于&pciBus、&pciDevice、&pci-Func中。

　　其次是PCI設(shè)備的配置。通過操作系統(tǒng)提供的API函數(shù)可以訪問PCI設(shè)備的配置空間，從而完成PCI設(shè)備基址寄存器的配置、中斷配置、以及ROM基地址 寄存器的配置，最終得到PCI存儲器空間和I/O地址空間的映射以及設(shè)備中斷號等。在VxWorks操作系統(tǒng)中，訪問PCI設(shè)備配置空間的API函數(shù)有： pciConfigOutLong和pciConfigInLong等，它們可分別完成對PCI設(shè)備配置空間的讀寫操作。

　　然后是根據(jù)PCI設(shè)備的配置參數(shù)來編寫不同設(shè)備的初始化程序、中斷服務(wù)程序以及對PCI設(shè)備存儲空間的訪問程序。

　　3.2 遠程控制與通信鏈路

　　由于基于串行口的PPP協(xié)通信方式現(xiàn)已被各種ISP所接受。而且VxWorks系統(tǒng)也支持PPP協(xié)議，因此，在VxWorks下通過Modem建立與ISP的物理連接，然后再完成設(shè)備的PPP數(shù)據(jù)鏈路設(shè)置，就可以通過Internet實現(xiàn)遠程控制。