基于DSP_FPGA 的車輛道路圖像的處理平臺設計

杜俊賢DU Jun-xian；董良新DONG Liang-xin；王連桂WANG Lian-gui

（煙臺汽車工程職業學院，煙臺 265500）

（Yantai Automobile Engineering Professional College，Yantai 265500，China）

0 引言

開發汽車圖像處理平臺，對汽車智能化進程有著重要的推動作用，能為我國智能交通體系的建立打下良好的基礎。市場上在選擇智能汽車的傳感器時，多采用TV 攝像機或者CCD 攝像頭，利用攝像頭獲取的圖像對車輛周邊環境進行采集。由于計算機硬件設備的處理速度和存儲容量大大提高，基于圖像處理的智能汽車技術逐漸成為了主流。

車輛路況數據采集以前多采用單片機作為控制器，通過模/數轉換（AD）、存儲器以及外圍電路進行工作。但由于車輛路況復雜，信息量大，單片機的處理速度難以達到大數據采集的要求。而僅僅單獨利用DSP 進行高速數據采集，會因為底層數據量大導致頻繁中斷高層的算法、計算公式和控制結構，影響了DSP 的性能；因此我們采用現場可編程門陣列（FPGA）來實現底層的信號數據的處理，不僅速度高而且運算結構簡單；而DSP 專門處理高層的算法、公式和控制結構。

1 系統設計

車輛道路圖像的處理平臺包含了路況圖像采集模塊、FPGA 模塊、DSP 模塊、路況圖像輸出模塊、存儲器和控制電路。下面介紹一下各模塊的功能：

路況圖像采集模塊：利用A/D 陣列對輸入視頻信號進行轉換、處理，再經過D/A 轉換，就可將視頻顯示在監控設備上。

FPGA 模塊：FPGA 是視頻信號采集、處理和顯示的控制核心，主要包括模數轉換陣列采集控制、數據傳輸、存儲和控制、時序的產生與控制、圖像的預處理和顯示控制、EMIF 總線接口邏輯。本文圖像處理平臺中采用的是EP1K50 芯片。本芯片工作頻率高達250MHz，滿足復雜邏輯控制同時具有存儲和緩沖功能。

DSP 模塊：DSP 模塊是實時圖像處理平臺的核心，對通過FPGA 預處理后的圖像進行識別、檢測和跟蹤等復雜的圖像數據處理和運算。本模塊包含復位控制、時鐘系統、DSP 器件、Flash 程序存儲器、JTAG 端口、SDRAM 圖像幀存儲器等。本平臺選用的DSP 芯片為TMS3206201，主頻為200MHz，峰值性能可以達到2400MOPS。

路況圖像輸出模塊：對經DSP處理后的數字圖像進行數模轉換，再與同步信號疊加后形成標準的視頻。

2 系統的具體實現方案

2.1 路況圖像采集模塊 總共設有六路模數轉換器，其中A/D0、A/D1、A/D2 共享一路數據總線ADCB14～27，A/D3、A/D4、A/D5 共享另一路數據總線ADCB0～13。A/D0、A/D3 共享輸出使能信號ADC_OEO，A/D1、A/D4 共享輸出使能信號ADC_OEO1，A/D2、A/D5 共享輸出使能信號ADC_OEO2。六路模數轉換器采樣同一個時鐘信號和片選信號，保證了同步采樣，通過數據總線與FPGA 管腳連通，在模數轉換完成后，通過三個ADC_OEO信號分時讀取轉換結果，實現了并行采集的目的，節約了FPGA 資源。

2.2 FPGA 模塊 經過ADS8364 芯片處理過的來自CCD 攝像頭的圖像處理信號與紅外光電感應信號、行同步信號、奇偶場信號、場同步信號一起進入FPGA。圖像實時處理結果通過多通道緩沖串口由FPGA 傳給上位機，再傳至DSP。串口通信控制可由FPGA 編程實現，也可以選用TL16C554 芯片來實現，后一種方法可以節省FPGA 片內資源。

2.3 DSP 模塊 路況圖像的實時顯示對數據的處理和傳輸速度都有非常高的要求，DSP 模塊可以對傳輸和數據處理分時進行，從而提高系統性能。DSP 芯片C6201DMA控制器具有四個相互獨立的可編程的傳輸通道，允許進行四路不同內容的DMA 傳輸；選取一個輔助DMA 通道專門負責與主機通信，其他的DMA 通道的數據傳輸在片內存儲器、外部器件或片內外設之間獨自進行。平臺在在DSP 外擴展的SDRAM 中設置了三個幀存儲區，保證了圖像的連續采集和連續顯示。（圖3）

2.4 路況圖像輸出模塊 本模塊通過數模轉換芯片ADV7125 將DSP 處理后的圖像數據與字符信號結合，形成VGA 格式視頻，同時接收FPGA 產生的數字視頻信號，再與同步信號和消隱信號疊加后，完成路況圖像輸出顯示。

3 結論

基于DSP_FPGA 的車輛道路圖像的處理平臺設計以DSP 和FPGA 為核心，增加了視頻輸入通路。同時底層的信號數據的處理都通過了FPGA，后期的調試過程證明這樣做使得調試非常方便，使得DSP 專門處理高層的算法、公式和控制結構，不僅速度高而且運算結構簡單。最后經大量的系統仿真證實：該平臺結構簡單，穩定性高，處理速度快，視頻效果優秀。

[1]智能監控系統[Z].國家科技成果.

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