TMS320DM642的視頻監控系統硬件設計※＊

劉美成，劉浩，張捷

（1.南京理工大學自動化學院，南京210094；2.宜昌測試技術研究所）

引 言

本系統使用DM642作為核心，具有強大的運算能力和高速的數據通道。應用于如車牌識別、指紋識別、遠程監控、智能化小區監控，圖像算法研究均具有其他處理器難以抗衡的效果。

1 硬件總體設計

硬件結構如圖1所示。輸入的視頻模擬信號

經過解碼芯片TVP5150轉換為數字信號，

TMS320DM642的EDMA控制器將大量的視頻數

字信號存放在SDRAM內，供用戶處理，然后將處

理后的視頻數字信號通過編碼芯片SAA7121轉換為

PAL或NTSC標準制式的模擬電視信號輸出。其中，可實現4路視頻輸入。

圖1 系統硬件結構示意圖

2 硬件各模塊設計

2.1 TMS320DM642

本系統選擇的DSP為TMS320DM642，該處理器是專門為視頻與圖像應用量身定制的，能夠滿足各種類型視頻客戶端應用的需求，諸如VoIP視頻、視頻點播（VOD）、多信道數字視頻錄像以及高品質視頻編解碼等應用。

TMS320DM642具有高速并行處理內核，主頻達到600MHz，計算能力達4 800MPIS；采用高級甚長指令字結構，使得在一個指令周期內能夠并行處理8條32位的指令，片內還集成了3個帶視頻FIFO的高速視頻口（VP0～VP2）和1個McASP音頻口。

TMS320DM642內部具有64通道的EDMA，保證CPU和外部器件可以高速并行的傳輸數據；它的EMIFA接口數據總線寬度為64位，最高數據存取頻率為133MHz，可直接與大容量、低成本的SDRAM芯片無縫連接。

TMS320DM642采用了兩級緩存機制，CPU和一級程序高速緩存（L1P）及一級數據高速緩存（L1D）直連，兩塊Cache分別為16KB，工作在CPU全速訪問狀態。可配置的二級緩存（L2）有256KB，它是數據和程序共用的［1－3］。

2.2 電源管理模塊

電源管理模塊由2部分組成:供電電路和電源監測電路。

2.2.1 供電電路

設計中采用2片TI公司的電源芯片TPS54310，分別給TMS320DM642提供Cvdd和Dvdd電壓，如圖2所示。

圖2 供電電路

要解決Cvdd與Dvdd的上電順序問題，將TPS54310（l）的PWRGD引腳和TPS54310（2）的SS／EN引腳相連，當TPS54310（1）的輸出電壓達到穩定的＋l.4V后PWRGD引腳輸出高電平送到TPS54310（2）的SS／EN引腳，當這個值高于1.2V時，芯片（2）開始工作，這就保證了CPU內核的上電時間早于I／O的上電時間［3］。

視頻解碼芯片TVP5150和編碼芯片SAA7121采用＋1.8V和＋3.3V電壓，由于涉及到模擬信號，因此這兩個電壓又分為數字（＋l.8V和＋3.3V）和模擬（＋l.8VA和＋3.3VA）兩種；為了減小系統的功耗，用到的所有電平轉換芯片都采用其輸入容限（＋5V）內的＋4.1V電壓。設計選用TPS767D318芯片產生視頻編解碼時需要的＋l.8 VA和＋3.3VA模擬電壓，通過片狀鐵氧體磁珠BLM18PG12lSN1可以將＋l.8VA轉換為＋l.8V。將＋5V電壓經過二極管MMBD4148降壓，產生電平轉換芯片所需的＋4.1V。

2.2.2 電源監測電路

設計中選用了TI公司生產的TPS3307－25芯片，它的固定復位信號時間長達200ms，能滿足系統中所有芯片的復位需求，可監控的電壓范圍包括2.5V、3.3V，本設計中對系統中＋3.3V電壓和2.5V電壓以及TPS54310（l）的PWRGD引腳（1.4V）進行監測。如圖3所示，這個監測電路提供了兩種復位方式:①在電源電壓降到一定的門限值以下，將強制系統進入復位狀態；②可以通過MR＃引腳上的按鍵對系統進行手工復位。

圖3 電源監測電路

2.3 外部存儲器擴展模塊

TMS320DM642的EMIFA是一個64位寬的接口，可以實現與多種同步和異步存儲器的無縫連接。EMIFA最大的總線時鐘可達133MHz。

2.3.1 EMIFA與SDRAM的接口設計

本設計中選用2片Micron公司開發的32位數據總線的MT48LC4M32B2芯片組成64位數據總線與EMFI直連。連接如圖4所示。

圖4 SDRAM和TMS320DM642的連接圖

SDRAM的地址線A［0－11］與TMS320DM642的地址線AEA［3－14］相連，由于該DSP的數據線是64位的，需要8個字節對齊，占用3位地址線，所以從TMS320DM642的地址線的第4位開始相連。兩片SDRAM數據輸入接口分別連接TMS320DM642的數據線AED［0－31］和AED［32－63］。字節使能引腳DQM［0－3］連接TMS320DM642的引腳ABE［0－7］，其中，DQM0控制DQ［0－7］字節使能，DQM1控制DQ［8－15］字節使能，DQM2控制DQ［16－23］字節使能，DQM3控制DQ［24－31］字節使能［4］。

2.3.2 EMIFA與FLASH的接口設計

本設計選用AMD公司生產的32MB的AM29LV033C芯片。連接如圖5所示。

圖5 FLASH和TMS320DM642的連接圖

AM29VL033C的輸出使能（OE）和寫使能（WE）與TMS320DM642的輸出使能和寫使能信號直接相連，AM29VL033C的芯片使能（CE）與TMS320DM642的ACE1相連，作為片選信號。8位數據總線直接與TMS320DM642數據總線相連，低19位地址總線A［18－0］與TMS320DM642的AEA［21－3］連接，A［19－21］三地址引腳用電阻下拉，保留待以后擴展應用［5］。

2.4 I 2C總線模塊

TMS320DM642集成有I2C總線接口，用于與I2C總線外設通信。本設計中TMS320DM642就是通過I2C總線模塊對TVP5150、SAA7121進行配置的。由于需要對4個TVP5150進行不同的配置，而TVP5150只有兩種I2C地址，所以一路I2C總線是無法實現對4路TVP5150的配置的。

如圖6所示，采用信號分離器SN74CBT3257將I2C總線信號分離成兩路，結合TVP5150的地址選擇信號，分別對4路TVP5150進行配置。

圖6 I 2 C切換電路

2.5 視頻采集模塊

本設計中TMS320DM642的3個視頻口均采用了8位BT.656模式，其中VPO和VP1采用了單通道方式，VP2采用了雙通道方式。

視頻解碼芯片選用了TI公司生產的TVP5150芯片。該芯片是一款超低功耗的視頻解碼器，正常工作時功耗僅為115mW，在省電模式下功耗不超過1mW，它支持PAL／NTSC／SECAM制式的視頻信號。

視頻采集部分的電路連接如圖7所示，圖中只給出了1個TVP5150芯片與VP0口連接的示意圖［3］，其他3個芯片的連接類似。

圖7 TVP5150與TMS320DM642的連接圖

圖中TVP5150的AIP1A和AIP1B是2個模擬視頻輸入，支持2路CVBS模擬信號或者1路S－Video模擬信號。圖中的14.318 18MHz時鐘由CY22381芯片提供，RESET＃信號由電源監測模塊提供，數據輸出YOUT［7:0］與TMS320DM642的VP0［9:2］相連，SCLK引腳輸出的27MHz時鐘連接到TMS320DM642的時鐘輸入引腳VP0CLK0，作為視頻回放時的同步時鐘使用，場消隱信號VBLK連接到TMS320DM642的VP0CTL0。

系統中使用了4片TVP5150來實現4路模擬視頻的輸入，TVP5150上與YOUT7復用的I2CSEL引腳通過接上拉或下拉電阻，可以進行從地址的選擇（見表1），這樣就可以將2個TVP5150芯片連接到同一組I2C總線上去。因此系統中用到了2組I2C總線，見I2C模塊。

表1 從地址選擇

2.6 視頻輸出模塊

本設計中使用TMS320DM643的VP0端口進行視頻輸出。視頻編碼芯片選用Philips公司生產的SAA7121芯片。該芯片是一款數字PAL／NTSC編碼器，可將YUV數字化視頻數據同時編碼為NTSC／PAL制式的CVBS或S－video信號。系統的工作電壓為3.3V，可以接收MPEG解碼數據，輸入數據要求符合Cb－Y－Cr順序的BT.656格式，每行720像素4:2:2YUV復用數據。芯片包含1個同步時鐘發生器和3個分別針對Y、C和CVBS的DAC，支持400kHz的I2C總線協議。視頻輸出模塊的電路連接如圖8所示。

圖8 SAA7121與TMS320DM642的連接電路

TMS320DM642的VP0口向SAA7121的MP口輸出BT.656 4:2:2格式的數字視頻信號，經過SAA7121芯片內部數據管理器模塊分離出Y信號和Cb、Cr信號，然后再送到相應的模數轉換模塊將數字視頻信號變換成模擬視頻信號，由CVBS（復合視頻信號）或者Y、C（S－video信號）引腳輸出。

2.7 時鐘模塊

本系統時鐘源選擇了50MHz的高精度有源晶振。設計中TMS320DM642的CLKMODE1和CLKMODE0引腳分別接高電平和低電平，因此DSP倍頻因子設置成12，即TMS320DM642的工作主頻為50MHz×12＝600MHz。另一方面，選擇了133MHz的高精度有源晶振為EMIF接口擴展SDRAM提供備用時鐘。設計中TMS320DM642的ECLKINSEL1和ECLKINSEL0引腳分別接高電平和低電平，采用1／6×CPU時鐘作為EMIF接口的同步時鐘。

3 硬件調試

3.1 電源模塊調試

焊接電源模塊芯片及外圍電路，輸入5V電壓，測試3.3V、1.8V、1.4V、4.1V電壓輸出是否正常。上電后，檢查各電壓轉換芯片是否發熱，若發熱則立即斷開電源進行檢查。

3.2 最小系統調試

在板上焊接TMS320DM642、SDRAM、FLASH、JTAG接口及各模塊電路外圍元件。仔細檢查有無短路、斷路、虛焊、漏焊、假焊等情況，無問題后上電，測量各芯片工作電壓是否正常，用示波器測量各模塊的工作時鐘是否正常。利用JTAG口將硬件與計算機相連，配置好控制寄存器后，測試SDRAM讀寫功能是否正常，FLASH擦寫功能是否正常。如果工作不正常，檢查時序信號、硬件連接等情況［6］。

3.3 視頻輸入輸出調試

焊接TVP5150、SAA7121及外圍相關元器件。測量各模塊的工作時鐘是否正常。利用TI公司提供的測試程序，測試系統能否正常地接收4路視頻并輸出視頻。

結 語

本系統充分利用DSP的高處理速度、大數據量處理能力的特點，結合編解碼芯片，實現視頻的快速多路輸入與輸出。擴展大容量的SDRAM，利用TMS320DM642自身的EDMA，可以輕松地實現大數據量的存儲與轉移，方便對視頻信號進行圖像處理等操作。

編者注:本文為期刊縮略版，全文見本刊網站www.mesnet.com.cn。

［1］王躍宗，劉京會.TMS320DM642DSP應用系統設計與開發［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

［2］江思敏，劉暢.TMS320C6000DSP應用開發教程［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［3］趙燕麗.基于TMS320DM642的視頻監控系統的硬件研究與設計［D］.西安:西南交通大學，2006.

［4］Texas Instruments.TMS320C6000EMIF to External SDRAM In terface［EB／OL］.［2013－10］.http:／／www.ti.com.

［5］Texas Instruments.TMS320C6000EMIF to External Flash Memory［EB／OL］.［2013－10］.http:／／www.ti.com.

［6］宋慶恒，王曉鵬.IXP425和TMS320DM642的會議電視多點控制單元硬件設計［J］.單片機與嵌入式系統應用，2013（4）:49－52.