一種基于ＤａＶｉｎｃｉ ＤＭ ６４４６的非標(biāo)準(zhǔn)ＶＧＡ接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（云南大學(xué) 云南省電子計(jì)算中心， 昆明 650223）

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摘 要：

針對(duì)DaVinci數(shù)字媒體處理器應(yīng)用系統(tǒng)中525/625P視頻圖像在VGA顯示器上的顯示方法，利用DaVinci SOC處理器視頻處理子系統(tǒng)（VPSS）中視頻處理后端（VPBE）硬件，完成了一種非標(biāo)準(zhǔn)VGA接口硬件和驅(qū)動(dòng)程序軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，獲得更好的視頻顯示質(zhì)量，并擴(kuò)展了DaVinci數(shù)字媒體應(yīng)用系統(tǒng)的顯示終端類型。

關(guān)鍵詞：達(dá)芬奇處理器; 視頻圖形陣列接口; 視頻處理后端

中圖分類號(hào)：TP332 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：10013695(2008)12384103

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Design and implementation of nonstandard VGA interface based on DaVinci DM6446

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ZHOU Yonglu， YAO Hanbing， DAI Hongbing， WANG Yaoxi

 （Electron ComputerCenterof Yunnan Province， Yunnan University， Kunming 650223， China）

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Abstract:This paperdiscussed525/625P video images displaymethodbased on VGA monitor in DaVinci digital media application system. By use of video processing backend (VPBE) hardware embedded in DaVinci SOC video processing subsystem (VPSS)， completed a nonstandard VGA interface hardware and drivers design， as well as improved the quality of video display andexpanded the DaVinci digital media applicationsystem display terminal types.

Key words：DaVinci processor； VGA interface； video processing backend

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隨著數(shù)字視頻應(yīng)用需求的日益強(qiáng)勁，TI公司于2005年9月發(fā)布了新一代的數(shù)字視頻技術(shù)——達(dá)芬奇（DaVinci）技術(shù)。同年12月，推出了首批兩款基于DaVinci技術(shù)的高性能數(shù)字媒體處理器TMS320DM6443和TMS320DM6446，并提供了基于TMS320DM6446的數(shù)字視頻評(píng)估板TMDSEVM6446和相應(yīng)的軟件開發(fā)工具。

TMDSEVM6446評(píng)估板具有多種形式的視頻輸出接口，包括模擬視頻接口和數(shù)字視頻接口。其中，模擬視頻接口提供了四路模擬視頻輸出，可實(shí)現(xiàn)NTSC/PAL標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合、S端子和分量視頻信號(hào)輸出，并支持逐行和隔行兩種掃描形式，顯示終端類型主要是支持SDTV（480I，576I）和EDTV（480P，576P）標(biāo)準(zhǔn)的電視機(jī)或視頻監(jiān)視器，未提供VGA接口。在桌面計(jì)算機(jī)非常普及的今天，各種尺寸的CRT或LCD的VGA顯示器隨處可見，不能利用VGA顯示器作為顯示終端無(wú)疑是一種遺憾。

在研究了TMDSEVM6446評(píng)估板的軟硬件設(shè)計(jì)原理之后，本文提出了直接利用DaVinci處理器視頻處理后端構(gòu)建一種非標(biāo)準(zhǔn)VGA接口的方法，實(shí)現(xiàn)525和625P視頻圖像在VGA顯示器上的顯示。

1 DaVinci視頻處理子系統(tǒng)及其視頻處理后端簡(jiǎn)介 

達(dá)芬奇處理器TMS320DM6446內(nèi)部集成有一個(gè)視頻處理子系統(tǒng)（VPSS）。其結(jié)構(gòu)如圖1所示^[1]。

VPSS由主要用于視頻輸入及前端處理的視頻前端（VPFE）模塊和主要用于后端顯示與處理的視頻后端（VPBE）模塊組成。

VPFE模塊主要用于捕獲視頻信號(hào)，由CCD控制器、預(yù)覽引擎、圖像縮放、柱狀圖和自動(dòng)聚焦/曝光/白平衡（H3A）等模塊組成。

VPBE模塊主要用于對(duì)經(jīng)過處理的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，由一個(gè)在線視頻顯示處理器（onscreen display， OSD）和一個(gè)視頻編碼器（video encoder， VENC）組成^[2]。其中，OSD模塊可支持兩個(gè)獨(dú)立的視頻窗口和兩個(gè)OSD窗口的同步顯示。也可將第二個(gè)視頻窗口疊加在第一個(gè)視頻窗口之上，實(shí)現(xiàn)畫中畫功能。OSD用于在視頻圖像上疊加圖文信息。VENC模塊可提供視頻數(shù)據(jù)的模擬輸出和數(shù)字輸出。在模擬輸出接口方面，VENC內(nèi)置了四路10 bitDAC，可支持標(biāo)準(zhǔn)的NTSC/PAL復(fù)合、S端子和RGB/YPrPb分量視頻模擬輸出；在數(shù)字輸出接口方面，VENC內(nèi)置了LCD控制器，可支持各類格式的LCD數(shù)字顯示屏，并提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字YUV輸出，可連接高清視頻解碼器，通過擴(kuò)展，可連接新一代的DVI/HDMI接口的視頻顯示設(shè)備。 

本文所設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)VGA接口主要涉及VPSS中VFBE的VENC功能模塊部分。VFBE模塊組成結(jié)構(gòu)如圖2所示^[3，4]。

VENC包括三個(gè)主要子模塊，即模擬視頻編碼器、數(shù)字LCD控制器和定時(shí)生成器。其中，模擬視頻編碼器負(fù)責(zé)生成模擬視頻輸出信號(hào)；數(shù)字LCD控制器負(fù)責(zé)生成數(shù)字RGB/YCrCb視頻輸出數(shù)據(jù)和定時(shí)控制信號(hào)；定時(shí)生成器負(fù)責(zé)生成模擬視頻編碼器和數(shù)字LCD控制器所需的各種定時(shí)信號(hào)。 

模擬視頻編碼器具有主/從兩種工作模式。在主模式下，由VENC的定時(shí)生成器實(shí)現(xiàn)視頻顯示所需的定時(shí)信號(hào)（如像素時(shí)鐘、水平同步、垂直同步等）的生成；在從模式下，可通過外部輸入定時(shí)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)同步控制。

模擬視頻編碼器提供了SDTV和HDTV兩種顯示設(shè)備類型。其中，SDTV支持復(fù)合NTSCM、PALB/D/G/H/I、Y/C S端子、分量YPbPr、RGB等標(biāo)準(zhǔn)視頻輸出格式，也支持Macrovision （rev 7.1）防拷貝保護(hù)、CGMS/WSS等標(biāo)準(zhǔn)；HDTV支持525、625P逐行以及分量YPbPr、RGB等視頻輸出格式，也支持CGMS/WSS及針對(duì)525/625P YPbPr格式的Macrovision （rev 7.1）防拷貝保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

模擬視頻編碼器提供了標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)兩種定時(shí)模式，在標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)模式下，由VENC的內(nèi)部定時(shí)生成器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)，支持525/60 Hz（NTSCM） 或625/50 Hz PALB/D/G/H/I）以及525、625P視頻格式。工作于標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)模式時(shí)，數(shù)字LCD接口可與模擬視頻輸出一起進(jìn)行同步顯示，但所連接的LCD、DAC以及編碼器也必須支持NTSC/PAL 定時(shí)時(shí)序。在非標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)模式下，可通過設(shè)置VENC的多個(gè)定時(shí)控制寄存器，來(lái)自定義定時(shí)時(shí)序，產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)，滿足非NTSC/PAL標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序的顯示設(shè)備的連接要求。工作于非標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)模式時(shí)，模擬視頻編碼器被自動(dòng)禁止，不再輸出視頻信號(hào)。此時(shí)，可通過選擇THS8200、THS8134、TFP410等各種視頻編碼芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)NTSC/PAL定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)VGA接口、DVI接口或者是HDMI接口，支持更多的顯示設(shè)備類型和更豐富的顯示模式。

根據(jù)VENC的功能特性，可以直接利用VENC的模擬視頻編碼器，結(jié)合定時(shí)生成器所提供的水平同步（HYNC）、垂直同步（VHYNC）定時(shí)信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)的VGA顯示接口，進(jìn)行PAL/NTSC標(biāo)準(zhǔn)視頻在VGA顯示器上的顯示。

2 接口硬件設(shè)計(jì) 

標(biāo)準(zhǔn)VGA接口共有15個(gè)管腳，最為關(guān)鍵的信號(hào)有5個(gè)，即RED、GREEN、BLUE、HSYNC和VSYNC。其中，RED、GREEN、BLUE這3個(gè)信號(hào)為75 Ω、 0.7 Vpp的模擬信號(hào)；HSYNC和VSYNC為TTL電平數(shù)字信號(hào)。通常情況下，在連接普通VGA顯示器時(shí)，只需前端提供這5個(gè)信號(hào)即可進(jìn)行正常顯示。

在TMS320DM6446中，與模擬視頻顯示相關(guān)的輸入/輸出信號(hào)如表1所示。

表1 TMS320DM6446模擬顯示接口信號(hào)

管腳號(hào)信號(hào)名說(shuō)明

P19DAC_IOUT_A視頻DAC通道A

P18DAC_IOUT_B視頻DAC通道B

R19DAC_IOUT_C視頻DAC通道C

T19DAC_IOUT_D視頻DAC通道D

TMS320DM6446的VPBE提供了DAC_IOUT_A、DAC_IOUT_B、DAC_IOUT_C、DAC_IOUT_D四路10 bitDAC數(shù)/模轉(zhuǎn)換通道，利用四路DAC通道，可生成標(biāo)準(zhǔn)的NTSC/PAL復(fù)合、S端子和分量視頻模擬輸出信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，利用DAC_IOUT_A、DAC_IOUT_B、DAC_IOUT_C三個(gè)通道分別產(chǎn)生VGA接口所需的R、G、B三個(gè)模擬分量。同時(shí)，在TMS320DM6446 VPBE的數(shù)字視頻顯示接口中，提供了相應(yīng)的數(shù)字視頻時(shí)鐘與同步信號(hào)，如表2所示。

表2 TMS320DM6446數(shù)字顯示接口部分信號(hào)

管腳號(hào)信號(hào)名說(shuō)明

C17HSYNC水平同步信號(hào)，雙向

C18VSYNC垂直同步信號(hào)，雙向

D19VCLK視頻像素時(shí)鐘，輸出

C19VPBECLKVPBE外部時(shí)鐘，輸入

C13LCD_OELCD使能信號(hào)，輸出

利用VPBE工作于標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)模式時(shí)，模擬顯示接口與數(shù)字顯示接口能夠同步顯示的特性，可用數(shù)字顯示接口提供的HSYNC和VSYNC這兩個(gè)同步信號(hào)與模擬顯示接口提供的R、G、B 3個(gè)模擬信號(hào)一起，構(gòu)成VGA接口所需要的基本接口信號(hào)。

至此，可進(jìn)行目標(biāo)VGA接口的硬件原理設(shè)計(jì)。整個(gè)接口的硬件設(shè)計(jì)原理框圖如圖3所示。

圖3中，從TMS320DM6446輸出的DAC_IOUT_A、DAC_IOUT_B、DAC_IOUT_C、DAC_IOUT_D四路模擬視頻信號(hào)經(jīng)前后兩級(jí)濾波網(wǎng)絡(luò)和視頻放大后得到75 Ω、0.7 Vpp四路模擬視頻輸出信號(hào)，接至四路模擬視頻輸出插座J8，并且由前三路信號(hào)構(gòu)成R、G、B分量視頻信號(hào)接至VGA輸出插座P7。從TMS320DM6446輸出的HSYNC和VSYNC均是1.8 V的LVTTL電平信號(hào)，而VGA接口需要的是3.3 V的LVTTL電平信號(hào)或5 V的TTL電平信號(hào)，所以，設(shè)計(jì)中采用了一片2 bit雙電源總線收發(fā)器SN74AVC2T45作為1.8~3.3 V的電平轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)1.8~3.3 V電平的轉(zhuǎn)換，以滿足VGA接口要求。

在進(jìn)行PCB布線設(shè)計(jì)時(shí)，建議將接至VGA接口插座的R、G、B三根視頻信號(hào)線盡量采用較寬的線寬進(jìn)行布線，并且分別用模擬地進(jìn)行包裹，以實(shí)現(xiàn)較好的抗干擾特性，達(dá)到較好的顯示效果。同理，TI TMS320DM644x系列數(shù)字媒體處理器中DM6441、DM6443也與DM6446一樣具有相同的VPBE結(jié)構(gòu)，可通過同樣的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)一種非標(biāo)準(zhǔn)VGA接口的視頻顯示功能。

3 Linux下驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)

隨同TMDSEVM6446評(píng)估板，TI提供了DVEVM軟件開發(fā)工具。DVEVM 1.2包含了基于MontaVista Linux 4.0的Linux支持包（LSP）。在LSP中，已經(jīng)配置了VPBE驅(qū)動(dòng)程序，這一驅(qū)動(dòng)程序的模擬視頻部分只支持用于連接電視顯示終端的NTSC/PAL標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合、S端子、YPrPb分量顯示輸出格式。這些格式的視頻信號(hào)均采用內(nèi)同步方式，因而在工作于缺省的模擬視頻輸出方式時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序禁止了數(shù)字視頻輸出信號(hào)，即VPBE關(guān)閉了HSYNC、VSYNC等數(shù)字視頻輸出信號(hào)。為使LSP能夠支持所新增設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)VGA接口的顯示，需要對(duì)VPBE的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行改造。

同步控制寄存器（SYNCCTL）和分量模式寄存器（CMPNT）的定義分別如圖4、5所示^[1]。

圖4中，寄存器位域SYEH是水平同步輸出使能控制位，當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，水平同步信號(hào)從管腳HSYNC輸出，設(shè)置為0時(shí)，則禁止輸出；位域SYEV是垂直同步輸出使能控制位，當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，垂直同步信號(hào)從管腳VSYNC輸出，設(shè)置為0時(shí)，則禁止輸出。圖5中，寄存器位域MRGB為RGB模式輸出選擇控制位，當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，選擇輸出RGB分量，設(shè)置為0時(shí)，選擇輸出YPrPb分量。

為使所設(shè)計(jì)的VGA接口能夠輸出正確的視頻信號(hào)，需要在SYNCCTL中選擇SYEH和SYEV為1，使HSYNC和VSYNC兩個(gè)管腳輸出水平和垂直同步信號(hào)，同時(shí)，在CMPNT中選擇MRGB為1，使VENC輸出RGB分量信號(hào)。這樣，就具備了VGA接口所需的5個(gè)基本信號(hào)。

實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)VGA接口的顯示驅(qū)動(dòng)程序，一種簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)辦法就是直接修改原驅(qū)動(dòng)程序文件davincifb_venc.c中已有的525和625P兩種YPrPb分量輸出顯示方式的配置函數(shù)：

vpbe_davincifb_525p_component_config()

vpbe_davincifb_625p_component_config()

將原來(lái)的 dispc_reg_out(VENC_DACSEL， 0x543)替換為如下代碼：

dispc_reg_out( VENC_SYNCCTL， 0x3);

/*選擇輸出HSYNC和VSYNC信號(hào)*/

dispc_reg_out(VENC_CMPNT， 0x8000);

/*選擇RGB分量模式*/

dispc_reg_out(VENC_DACSEL， 0x435);

/*允許分量輸出: DACA：R，DACB：G， DACC：B*/

重新編譯內(nèi)核，在UBOOT啟動(dòng)參數(shù)中，將bootargs變量的視頻參數(shù)部分設(shè)置為

video=dm64xxfb:output=525p:format=component

啟動(dòng)Linux后，即可在VGA顯示器上顯示出720×480（60 Hz）的圖像，如將bootargs變量的視頻參數(shù)部分設(shè)置為

video=dm64xxfb:output=625p:format=component

可在VGA顯示器上顯示出720×576（50 Hz）的圖像。

以上的代碼修改替換了原驅(qū)動(dòng)的525和625P的YPrPb分量輸出功能，為了不影響原有驅(qū)動(dòng)的功能，較好的做法是重新構(gòu)建兩個(gè)新的配置函數(shù)：

void vpbe_davincifb_525p_vga_config(void)

void vpbe_davincifb_625p_vga_config(void)



并修改原驅(qū)動(dòng)程序文件的相關(guān)部分代碼，使其可根據(jù)bootargs變量的視頻參數(shù)設(shè)置令新的配置函數(shù)生效。這樣當(dāng)bootargs變量的視頻參數(shù)部分設(shè)置為

video=dm64xxfb:output=525pvga:format=component

video=dm64xxfb:output=625pvga:format=component

時(shí)，可從VGA接口得到720×480（60 Hz）和720×576（50 Hz）的顯示圖像。



在具有自動(dòng)偵測(cè)視頻信號(hào)格式的監(jiān)視器或LCD電視上，將會(huì)顯示出所偵測(cè)到的顯示格式分別為480P（或525P）和576P（或625P）。通過VGA接口連接顯示器后，顯示圖像質(zhì)量較連接電視機(jī)有較大改善，色彩、清晰度均明顯提高。由于刷新頻率是50和60 Hz，當(dāng)連接CRT顯示器時(shí)，視覺會(huì)有一定的閃爍感，但連接LCD顯示器或LCD TV時(shí)，能獲得穩(wěn)定清晰的圖像。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了直接利用TMS320DM6446的VENC實(shí)現(xiàn)一種非標(biāo)準(zhǔn)VGA顯示接口的設(shè)計(jì)和Linux驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)，硬件上無(wú)須增加額外視頻編碼芯片，幾乎不增加額外成本，驅(qū)動(dòng)軟件擴(kuò)展簡(jiǎn)單易行，使以TMS320DM6446為核心的達(dá)芬奇應(yīng)用系統(tǒng)具備了支持VGA顯示終端的效能，并可獲得更好的視頻顯示質(zhì)量和效果。同時(shí)，也提供了一種低成本擴(kuò)展DaVinci應(yīng)用系統(tǒng)顯示終端類型的思路。本設(shè)計(jì)已實(shí)際應(yīng)用于嵌入式網(wǎng)絡(luò)音/視頻解碼平臺(tái)項(xiàng)目系統(tǒng)中，取得了較好的效果，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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