基于多核DSP的红外告警信息处理系统设计

摘要

随着红外成像技术的快速发展，红外告警信息处理系统中需要实时处理的数据量及处理的复杂度急剧增大，传统的基于单核DSP的系统难以满足数据处理实时性的需求，基于多核DSP的红外告警信息处理系统的研制成为红外成像应用领域中的一项研究热点。本文针对红外告警信息处理系统的应用需求，对TMS320C6678多核DSP在红外告警信息处理系统中的软硬件应用设计展开了相应的研究。文章的研究工作如下。 本文分析红外告警信息处理系统对于数据采集、处理和输出的需求，确定了多核DSP+FPGA的系统硬件设计结构。然后按照功能将系统硬件分为电源、时钟、存储、通信、调试和图像输入输出子模块，根据接口形式、通信协议、输入输出（I/O）电压、时钟频率以及总体功耗选择合适的器件，参考器件手册完成了基于多核DSP的红外告警信息处理系统的硬件设计。 基于嵌入式实时操作系统SYS/BIOS和核间通信（IPC）软件组件，本文在多核DSP上并行实现了一种红外弱小目标检测算法，文章先对算法的数据处理任务进行分割，并将分割后的任务模块分配到不同的DSP核上，然后为不同DSP核设计程序，以处理分配到的任务并实现核间通信和同步，同时解决了缓存一致性的问题。文章也将相同的算法移植到了单个DSP核上，对比分析多核并行和单核串行执行相同任务的时间特性，提出了多核并行程序的设计原则。 为了使系统硬件在上电之后即可自动加载并执行应用程序，本文将CCS输出的多个DSP核的可执行文件制作成可以被ROM引导加载器（RBL）识别的一个引导镜像，并烧写到非易失性存储器中，实现了多核DSP通过SPI接口引导的方案。 本文研究设计了基于多核DSP的红外告警信息处理系统硬件电路，实现了系统中多核DSP的引导并改进了引导镜像的制作流程，同时基于SYS/BIOS和IPC软件组件在多核DSP上并行实现了一种红外弱小目标检测算法，通过多核并行加快了算法的执行速度，提升了红外告警信息处理系统的数据处理实时性。

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ABSTRACT

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 多核DSP芯片发展现状

1.2.2 多核DSP应用现状

1.3 研究内容及章节安排

第二章 TMS320C6678多核DSP相关技术研究

2.1 TMS320C6678多核DSP内部结构

2.1.1 C66x核的结构

2.1.2 多核并行结构

2.2 实时软件组件技术简介

2.2.1 SYS/BIOS操作系统

2.2.2 核间通信组件

2.3 本章小结

第三章 基于多核DSP的红外告警信息处理系统硬件设计

3.1 系统总体设计方案

3.2 电源模块设计

3.2.1 电源需求分析

3.2.2 电源模块设计方案

3.2.3 CVDD电路设计

3.3 时钟模块设计

3.3.1 时钟需求分析

3.3.2 时钟模块设计方案

3.4 存储子系统设计

3.4.1 FPGA配置芯片电路设计

3.4.2 DSP DDR3存储控制器外围电路设计

3.4.3 DSP连接NAND Flash电路设计

3.5 通信接口电路设计

3.5.1 Ethernet接口电路设计

3.5.2 SRIO接口电路设计

3.5.3 UART接口电路设计

3.6 JTAG电路设计

3.7 视频输入和输出接口电路设计

3.8 本章小结

第四章 系统多核DSP软件设计及引导

4.1 多核并行模型

4.2 红外告警算法多核并行设计及实现

4.2.1 目标检测算法说明

4.2.2 多核并行方案设计

4.2.3 算法并行运行实现及结果分析

4.3 基于SYS/BIOS和IPC的软件优化

4.4 多核DSP的引导

4.4.1 多核DSP的引导原理

4.4.2 多核DSP通过SPI引导的实现

4.4.3 引导镜像制作流程改进

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果