基于DM642的视频解码设备TVP5150驱动程序的设计

第29卷　第3期2006年9月

电子器件

Ch inese Jo urnal o f El ectro n D evices

Vol.29　No.3Sep.2006

Driver Program Design for Video Decoder TVP5150Based on DM642

XU Zhi -wei ,M A Deng -j i ,L I NG Feng ,Z HU Shan -an ,H E Zheng -jun

(College o f E lectr ica l Eng ineering ,Zhejiang Un iver sity ,H angz hou 310027,Ch ina )

A bstract :Aimed at embedded video surveillance sy stem co nsisted o f high -pow ered video pro cessing chip TM S320DM642and video decode r TVP5150of TI ,this paper intro duces the Class /Mini -Driver M odule of DM642,and designs the device driver prog rams for video capturing.Further mo re ,it provides the so lution of splitting -screen problem w hen DM 642is capturing video.This driver pro gram has been applied to the video surveillance sy stem and testing result indicate s that this prog ram runs stably.Key words :DM642;TVP5150;class /mini -driver m odule ;splitting -screen .EEACC :6140C

基于DM642的视频解码设备TVP5150驱动程序的设计

徐志伟,马登极,林　峰,朱善安,何正军

(浙江大学电气学院,杭州310027)

收稿日期:2005-10-13作者简介:马登极(1981-),男,河北人,工学硕士,主要从事嵌入式底层软件的研究,pony mdj @yaho o.co https://www.360docs.net/doc/0017832958.html, ;

徐志伟(1978-),男,浙江富阳人工学硕士,主要从事嵌入式底层软件的研究。

摘　要:针对T I 推出的高端专用视频处理芯片T M S320D M 642和视频解码芯片T V P5150构建的嵌入式视频监控系统,介

绍了DM 642的类/微型驱动模型,在此基础上设计了视频采集底层设备驱动程序,并对DM 642在图像采集时产生的分屏现象提出了解决办法。本驱动程序已在视频监控系统中得到应用,运行稳定。

关键词:

DM 642;T V P5150;类/微型驱动模型;分屏现象。中图分类号:O432.2;TP391.41文献标识码:B 文章编号:1005-9490(2006)03-0945-06

随着现代化图像处理技术的飞速发展,人们对图像采集系统的实时性和可靠性要求越来越高。嵌入式图像采集处理系统具有体积小、成本低、可靠性高、安装方便等优点,在交通、安防监控等领域都有广泛的应用。TMS320DM 642[1]

是TI (Texas In -strum ents )于2002年推出的一款高端专用视频处理芯片,由于它超强的单核处理性能,在视频领域将有非常广泛的应用,与之相应的外围视频设备也会越来越多。所以,为这些外围设备编写驱动程序已经成为依赖操作系统管理硬件设备的内在要求。

1　DM642系统整体构架和功能简介

如图1所示,DM 642有三个视频VPo rt 口,VP0和VP1与视频解码芯片相连作视频输入,V P2与视频编码芯片连接作视频输出。另外还有存储模

块,电源模块,网络模块等。VP0和V P1各被分成两个8bit 的视频输入接口,连接4片视频解码芯片,实现4路的视频采集功能。

图1　DM 642系统整体架构

2　视频解码芯片的选择和设计

目前被广泛使用的视频解码芯片是TI 推出的

SAA 7115和TVP5150。虽然SAA7115芯片功能强大,支持水平、垂直、场同步信号控制并具有片上1/2缩放功能,但SA A7115的功耗比较大,用一个电源带4片SAA7115比较困难,而且操作也很复杂,在本嵌入式系统的设计中选择了更加适合系统低功耗功能稳定要求的TVP5150芯片。

TVP5150[2]是TI 推出的一款超低功耗的高性能混合信号视频解码芯片,可自动识别NTSC /PA L /SECAM 制式的模拟信号,按照YCbCr4:2:2的格式转化成数字信号,以8位内嵌同步信号的ITU -R BT.656格式输出。具有价格低、体积小、操作简便的特点。

DM642对TVP5150芯片的操作是通过I2C [3]

总线实现的,硬件连接如图2所示。TV P5150和DM642的连接方式采用最简连线的I TU -R BT.656方式,不需要像视频采集芯片SAA7115所要求的水平、垂直、场同步信号线,结构简单

。

图2　T V P5150与DM 642的硬件连接

3　DM642视频输入端驱动程序设计

DM642为设备驱动开发者提供了一种类/微型驱动模型(class /mini -driver mo del )

[3]

。该模型在

功能上将设备驱动程序分为依赖硬件层和不依赖硬件层两层,两层之间使用通用接口。如图3所示,上层应用程序不直接控制底层微型驱动,而是通过一个叫做类驱动(Class Drive r )的中间层来对微型驱动(M ini Driver )执行操作。这样的模型设计在结构上更加清晰,程序易于移植和扩展,代码复用性高,从而提高程序的开发效率。

类驱动具有承上启下的作用,对上为应用程序提供接口,向下传达指令,通常用于完成多线程I /O 请求的序列化功能和同步功能,同时对设备对象进行管理。微型驱动为类驱动和DSP /BIOS 设备驱

动管理提供标准接口,通过芯片支持库(Chip Sup -

图3　类微型驱动模型结构

狆狅狉狋犔犻犫狉犪狉狔）[4]

控制外设的寄存器、内存和中断资

源对外部设备实现控制。微型驱动程序必须将特定的外部设备有效地表示给类驱动。

3.1　类驱动模型和选择

类驱动模型中提供了三种模块:管道管理模块(PIP )、流输入输出模块(SIO )和通用输入输出模块(GIO )。

3.1.1　PIP 模块和SIO 模块。

PIP 和SIO 两个模块提供应用程序使用的A PI 接口,用于支持DSP 和外设之间的数据交互。这两种模块都需要通过类驱动中相应的适配模块和微型驱动的IOM 连接实现数据交互。PIP 的适配模块称为PIO ,SIO 的适配模块称为DIO 。

PIP 模块提供管理异步I /O 的数据管道。每个管道对象都拥有一块同样大小的缓存,PIP 模块的接口函数就是通过缓存进行数据交互的。PIO 适配模块通过PIP 模块从应用程序中获得缓存,并将获

得的缓存提供给微型驱动使用。当微型驱动使用完缓存时,PIO 模块还可以将缓存交还给应用程序。

SIO 模块为每个DSP /BIOS 线程提供一个独立的I /O 机制,执行点对点(point -to -point )数据交流。它支持动态创建。DIO 模块可以简化SIO 模块和IOM 之间的连接,使得通信和同步变得更简单。3.1.2　G IO 模块

GIO 模块

[5]

的传输模式是基于流输入输出模

式的同步I /O 模式,更适合文件系统I /O 。在编写类驱动时,可以直接调用GIO 的读写API 函数,这些函数的接口已经内置于微型驱动的IOM 中。GIO 模块在提供必要的同步读/写API 函数及其扩展函数的同时,将代码和使用数据缓存的大小尽量简化。如图4所示,应用程序可以调用GIO 的A PI 函数直接与微型驱动的IOM 交换数据,操作简单。

根据以上介绍可以看到,GIO 模块不需要二级接口,操作简单、稳定。所以我们在设计DM642视

946 电　子　器　件 第29卷

图4　通用输入输出模块(GIO )与微型驱动接口

频采集类驱动的时候采用了通用输入输出模块GIO 。

3.2　微型驱动模型

为了最大可能地增加驱动代码的复用性和通用性,DM642视频采集回放的构架在图1类/微型驱动模型的基础上作了如图5所示的改进

:

图5　DM 642视频采集回放微型驱动架构

图3中把微型驱动模型分为两部分:普通微型驱动部分和特殊微型驱动部分

[6]

。

普通微型驱动部分仍然保留有IOM Mini —Driver 的所有API 接口函数。特殊微型驱动部分是面向外围芯片的,它通过一个叫作EDC (External Device Control )的专用接口提供了对外围芯片的打开、控制、关闭的接口函数:

typedef str uct EDC _F xns {

EDC _Handle (*o pen )(S tring name ,A rg o ptA rg );Int (*close )(P tr dev Handle );

Int (*ctrl )(P tr devH andle ,U ns cmd ,A r g ar g );}EDC _F xns ;

通过这三个函数完成对TVP5150的控制操作,所以,如果编写其它图像芯片(比如视频回放芯片SAA7105[7]

)驱动的时候,对微型驱动部分的驱动不需要作很大改动。这样特殊微型驱动部分与普

通微型驱动部分实现了无缝结合,使用简单。

4　驱动程序设计和实现

根据类/微型驱动程序的模型,驱动程序的设计

可以分为三个层次:类驱动程序,微型驱动程序和芯片驱动程序。

4.1　类驱动程序的设计

基于使用方便和代码封装性的考虑,在GIO 模型的基础上又封装了一层模型:FVID 类驱动模型,如图6所示。

图6　F VID 类驱动封装与GIO 的关系

F VID 对GIO 模型的封装代码如下:

#define F VID _create (name ,mode ,status ,o ptA r gs ,at -tr s )\

GIO _create (name ,mode ,sta tus ,optA rg s ,attr s )

#define F V ID _allo c (gioChan ,bufp )\

GIO _submit (g ioChan ,F V ID _A L LO C ,bufp ,N U L L ,N U L L )

#define F V ID _co nt rol (gioChan ,cmd ,arg s )\

GIO _co ntrol (g ioChan ,cmd ,arg s )

当然,我们可以改变FVID 模型的名字,比如把FVID _creat 改为VIDEO _creat ,这样驱动程序提供给应用程序的接口就比较简单易读。

当调用FVID _create 时,GIO _create 创建一个面向外部设备的通道对象,GIO 在通道对象中增加了状态和I /O 请求状态结构、IOM 数据包(IOM _Packe ts )及一个GIO 数据对象。GIO 创建的通道对象的数据结构如下:

ty pedef struct G IO _O bj {

IOM _F xns *fxns ;U ns mode ;U ns timeout ;IOM _Packet sy ncP acket ;Q U E _Obj freeList ;P tr sy ncO bj ;P tr

mdChan ;

}G IO _O bj ,*G IO _Handle ;

函数表指针(IOM _Fxns *)是应用程序和微型

驱动函数表的接口;创建模式mode 包括:输入(IOM _INPU T )、输出(IOM _OU TPUT )和双向(IOM _NOU T ),这里我们选择输入;IOM Packet 在类驱动和微型驱动间的异步操作时使用;同步对象

947

第3期徐志伟,马登极等:基于DM642的视频解码设备TVP5150驱动程序的设计

地址指向特定通道的同步信号;通道对象地址指向微型驱动创建的通道对象。

4.2　微型驱动程序的设计

微型驱动负责配置DM642的VPort口、创建通道对象、申请并管理内存和控制外部设备。只要微型驱动创建了按照函数接口表(IOM_Fxns)规定的函数,就可以通过GIO类驱动直接调用。这些规定的函数包括:通道绑定函数(md-BindDev)、通道创建/删除函数(mdCreateChan/md-DeleteChan)、I/O请求发送函数(mdSubmitChan)和设备控制函数(mdControlChan)。

函数接口表的结构如下:

typedef str uct IO M_F x ns

{

IO M_T mdBindDev mdBindDev;

IO M_T mdUnBindDev mdU nBindD ev;

IO M_T mdContro lChan mdContro lChan;

IO M_T mdCrea teChan mdCreateChan;

IO M_T mdDeleteChan mdDeleteChan;

IO M_T mdSubmitChan mdSubmitCha n;

}IO M_F xns;

4.2.1　通道绑定函数

DSP/BIOS设备初始化时将调用每个已注册到微型驱动中的绑定函数(mdBindDev(int devid))。绑定函数一般要实现下列功能:根据配置的设备参数和可能存在的全局设备数据初始化外围设备,清理初始化中断服务。

如果微型驱动使用多个外部设备,则DSP/BI-OS为每个外设调用绑定函数。设备参数devid用来区分设备。比如在DM642中,有3个VPo rt口,两个输入口VP0和VP1,一个输出口VP2。通道绑定函数根据三个VPort口在DSP/BIOS注册时设定的不同设备号(devid)绑定设备,完成初始化。4.2.2　通道创建函数

由于DM642每个输入VPort口可以挂载2片TVP5150,所以在DM642与外设之间必须有唯一的通道来交换数据而互不干扰。应用程序通过微型驱动创建一个或多个逻辑通道对象作为应用程序的逻辑通道。通道创建函数(m dCreateChan)根据需要创建通道对象并给通道对象设置初始值。

VPo rt口通道的数据结构如下:

typedef str uct{

Uns status;/*通道打开状态*/

Uns po r tN um;/*0或1V Po r t口*/

Uns chanN um;/*V Po r t的0或1通道*/

IO M_TiomCallback cbFx n;/*回调函数*/

EDC_F xns*edcF xns;/*外围芯片接口*/

IOM_Packet*packetIO M;/*I/0数据包*/

}_V PO RT_ChanObj;

这个结构中尤其要注意的是提供了外围芯片的接口:EDC_Fx ns*edcFx ns;。在m dBindDev函数对VPort口初始化之后,在这里通过edcFxns把外围芯片打开(EDC_open)获得外围芯片的句柄,完成DM642VPort口创建的每个通道与相应外围芯片的绑定。

4.2.3　I/O请求发送函数

微型驱动中的I/O请求发送函数(mdSubmi-tChan)用来处理IOM_Packet包中的命令字段。应用程序调用FV ID接口时,使用命令字段包括: FVID_A LLOC、FV ID_EXCH ANGE和FVID_ FREE,用以对微型驱动发出指令。

为了提高所采集图像数据的存取速度,DM642的内存管理采用ping-pang buffer的机制。不过,微型驱动可以分配2个或2个以上的buffe r,更加灵活。现以如图6所示的三个buffer为例,解释微型驱动内存管理机制

。

图7　微型驱动内存管理机制

微型驱动根据应用程序提供的一帧图像大小(如352x288)分配三个同样大小的buffer。如从TVP5150得到的数据先填第一个buffer,每个buff-er填满就产生中断,EDM A通道会自动把指针指向下一个buffer填充,这样,三个buffer交替接收数据如图7(a)所示。

当应用程序发出I/O请求函数时,如果命令字为FVID_A LLOC,则微型驱动把当前已经填满的一个buffer分配给应用程序如图6(b)的“1”buffe r,在ChanObj的回调函数里携带有被分配的指针给应用程序,则应用程序就可以对此图像数据作处理后显示出来。再通过FVID_FREE把此buffer释放给微型驱动。以此交替获得“2”buffer、“3”buff-er。而FVID_EXCH ANGE命令字是FVID_AL-LOC和FV ID_FREE两个命令字功能的合成。即先执行FVID_FREE然后执行FVID_ALLOC。

应用程序通过I/O请求发送函数不断地从底

948 电　子　器　件 第29卷

层驱动获得装有新采集数据的内存块,把处理完的内存块释放给底层驱动重新采集数据,上层和底层并行处理互不干扰,大大地提高了图像的采集处理速度。

4.2.4设备控制函数

应用程序通过设备控制函数操作微型驱动,从而间接完成对硬件的控制。本系统中微型驱动程序支持的控制命令字有如下几个:

VP O RT_CM D_ST A RT:打开V Po rt口采集图像

VP O RT_CM D_ST O P:关闭VP or t口

VP O RT_CM D_CO N FIG_P O RT:配置v po r t

VP O RT_CM D_SET_V IN T CB:设置中断

VP O RT_CM D_CNF G_C HA N:配置channel

VP O RT_CM D_EDC_BA SE+:配置T V P5150

需要说明的是命令字“VPO RT_CM D_EDC_ BASE+”,它要加上EDC相关的命令字实施对TVP5150的操作,如命令字:

EDC_CO N FIG/*对外围芯片配置*/

EDC_ST A RT/*外围芯片开始操作*/

EDC_ST OP/*停止外围芯片*/

4.3　TVP5150芯片驱动程序的设计

微型驱动中的特殊微型驱动部分定义了对外围芯片操作的接口EDC_Fxns。在TVP5150的驱动中作了实现:

EDC_F xns T V P5150_F x ns={

T V P5150_o pen,

T V P5150_close,

T V P5150_ct rl

};

分别负责TVP5150芯片的打开、关闭和参数设置。

[如图2所示],DM642通过I2C总线对TVP5150操作,I2C操作函数如下:

void_IIC_w rite(I2C_H andle hI2C,

U int8devA ddre ss,

U int32subA ddress,

U int8*data,

U int16numBy tes

)

按照TVP5150数据手册上的寄存器参数,通过I2C 进行设置就可以实现对图像的采集。

4.4　驱动流程图

根据以上驱动设计,应用程序对驱动的调用流程如图8所示。左面一列为应用程序调用流程,右面为相应的类/微型驱动程序的调用和对硬件实现的功能

。

图8　驱动程序调用流程图

5　问题和解决办法

由于TVP5150没有水平、垂直、场同步信号控制,当不小心拔掉摄像头或其它原因而使得图像间断再恢复的时候,由于Vpor t口对内嵌IT U-R BT. 656信号的计数器不能及时恢复而对一帧图像的头尾判断失误,使得图像采集显示呈现如图9所示的分屏现象

。

图9　352*288大小图像的分屏现象

解决的办法是:在图2的硬件电路设计中把TVP5150的中断引脚与DM642中断相连, TVP5150芯片内部有水平、垂直锁定(H/V lock)信号检测状态寄存器,一旦外部图像输入异常,H/V lock寄存器中断位就会触发产生中断信号,DM642检测到中断信号后对VPo rt口复位,分屏的现象就解决了。

949

第3期徐志伟,马登极等:基于DM642的视频解码设备TVP5150驱动程序的设计

6　结束语

本文对DM642的类/微型驱动模型做了介绍并设计了与外围视频采集芯片TVP5150之间的驱动程序。DM642的类/微型驱动模型适用于多种外围芯片,如SAA7105视频回放芯片的驱动程序就可以以此设计。这样大大地提高了驱动的开发效率,使得嵌入式图像监控系统能得到更广泛的推广。

参考文献:

[1]　The TM S320DM642Video/Imaging Fixed-Point Digital Signal

Process or Data M anual[S].Literature Num ber:S PRS200B.

Texas Ins tru men ts Incorporated,Ju ly2002.

[2]　T VP5150A datash eet[S],Texas Instruments Incorporated,

M arch2004.[3]　TM S320C6000DSPInter-Integrated Circuit(I2C)M oduleRef-

erence Guide[S].Literatu re Num ber:S PRU175AOctober

2002.

[4]　DS P/BIOS Driver Developer’s Guide[S],Literatu re Nu mber:

SPRU616.TexasInstruments Incorporated,Nov2002.

[5]　T M S320C6000Chip Suppo rt Lib rary API Reference Guide

[S].Literature Number:S PRU401E.Texas Instruments In-corporated,Decemb er2003.

[6]　T M S320C6000Periph erals Reference Guide[S].Literature

Number:S PRU190D.Texas Ins trum en ts Inco rp orated,Feb-ruary2001.

[7]　The TM S320DM642Video Port M ini-Driver[S].Literature

Number:SPRA918A.Texas In struments Incorpo rated,Au-gust2003.

[8]　SAA7104E-SAA7105E Digital Video Encoder Datasheet[S],

T exas Instruments Incorporated,M arch2004.

(上接第944页)

4　结束语

纠错编码是提高信息传输可靠性的一种重要手段。本文提出的卷积纠错码与交织编码相结合的纠错方案,除了能有效纠正随机错误外,特别是可以纠正连续32bit的长突发错误,如果需要纠正更长的突发错误,只要再增加交织深度,增加交织单元的个数进行交织与解交织即可,因而具有可扩展的灵活性。方案基于EDA 技术,采用自顶向下的设计方法,减轻了设计工作量,缩短了开发周期。将纠错编码及数据交织设计文件编程下载到Altera公司FLEX10K系列之EPF10K20TC144-3芯片中,形成了纠正随机错误和长突发错误的ASIC器件。该纠错ASIC 器件已成功用于我们研制的某无线数字通信系统中,取得了很满意的实际纠错效果。参考文献:

[1]　王新梅,肖国镇.纠错码—原理与方法[M].西安:西安电子科

技大学出版社,2001.

[2]　张建斌.基于EDA的卷积码编解码器实现[J].信息技术,

2005,(2):16-18.

[3]　潘松,王国栋.VH DL实用教程[M].成都:电子科技大学出版

社,2000.

[4]　褚振勇,翁木云.FPGA设计及应用[M].西安:西安电子科技

大学出版社,2002.

[5]　梁计春,段炼,宋世凌等.一种超长突发错误的纠错编码方法

[J].装甲兵工程学院学报,1999,13(1):60-65.

[6]　宋文妙,范寒柏,鄂秀焕.用FPGA实现交织和解交织技术

[J].电力系统通信,2001年,(3):39-42.

[7]　宋万杰,罗丰,吴顺君.CPLD技术及其应用[M].西安:西安

电子科技大学出版社,1999.

[8]　陈萍.现代通信实验系统的计算机仿真[M].北京:国防工业

出版社,2003.

950 电　子　器　件 第29卷