基于多DSP的图像信息处理机系统软件设计

摘要

在图像处理以及通信、雷达等实时信号处理领域中，随着输入图像、数字等数据量急剧增加，对系统的处理能力的要求也越来越高，因此需要一种功能强大的大型并行阵列信号处理系统。这样的处理系统往往需要进行非常复杂的数据处理，虽然DSP具有处理速度快、处理能力强和抗干扰等特点，但是使用单个DSP芯片还是不能满足大数据量和处理速度的需求。因此研究多DSP处理器的并行阵列图像处理系统，成为当前重要的课题。
　　 图像处理信息机采用“双FPGA+双DSP簇+CPCI”的设计结构，选用双簇4片ADI公司的高性能浮点DSP芯片ADSP-TS201S作为系统核心处理单元，选用2片Xilinx公司的Virtcx-5系列FPGA芯片XC5VLX110T作为底层算法处理和接口控制的核心，实现系统超高处理能力和处理器之间的高速的数据传输。在该硬件平台的基础上，本文设计了以嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ为核心的多DSP图像处理信息系统，通过在DSP中移植嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ，管理、控制各个处理器之间的数据通信和任务的调度，完成各个功能模块的设计和实现。
　　 首先，本文通过对多DSP图像信息处理机的功能需求的分析，并结合系统硬件平台，设计并实现了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在ADSP-TS201S上的移植。详细介绍了系统移植过程、系统的存储空间和中断等资源的分配。实现通过操作系统的任务调度，完成图像处理机的各个功能模块的处理任务。
　　 其次，针对图像信息处理的实际应用，并且参照图像数据的实际需求，设计了基于链路口传输的通信协议。该通信协议通过链路口进行数据传输，并且解决了在实际测试过程中遇到的难题，提高了数据传输的正确性和稳定性，确保了系统在运行各个功能模块时传输数据的准确、可靠。
　　 然后，详细介绍了系统各个功能模块的功能。通过对各个功能模块的设计和实现，明确划分了各个功能模块的具体工作任务。利用操作系统进行各个模块的任务调度，实现对采集图像的处理。
　　 最后，μC/OS-Ⅱ实时操作系统在ADSP-TS201上移植完成后，对任务的调度和中断的切换时间进行了测试，并且对通信协议进行数据的传输进行了测试。通过对测试结果的分析，验证了系统的实时性和稳定性以及数据传输的准确性。
　　 该图像处理机已经应用于实际的项目中，经过现场实际测试，系统运行正常。实验数据与系统实际运行都证明，该图像处理机的设计达到了预期的要求。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 课题相关技术的发展现状

1.2.1 数字信号处理

1.2.2 多DSP并行信息处理技术

1.2.3 嵌入式操作系统

1.3 论文主要研究内容及组织结构

1.3.1 论文主要内容

1.3.2 论文组织结构

第2章 图像信息处理机系统方案设计

2.1 DSP平台选择

2.1.1 几款DSP芯片的性能分析比较

2.1.2 DSP处理器ADSP-TS201S介绍

2.2 多DSP并行模块设计方案

2.3 系统整体框架设计

2.4 嵌入式实时操作系统的设计方案

2.5 本章小结

第3章 图像信息处理机系统软件设计

3.1 系统软件架构设计

3.2 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ

3.2.1 μC/OS-Ⅱ简介

3.2.2 μC/OS-Ⅱ在ADSP-TS201处理器上的移植

3.3 系统中断的分配与设计

3.4 系统存储空间的规划

3.5 系统软件的主函数

3.6 本章小结

第4章 多DSP系统通信协议的设计与实现

4.1 多DSP系统的链路口传输

4.2 链路口通信

4.2.1 链路口通信协议

4.2.2 链路口DMA传输

4.2.3 链路口底层驱动的DSP实现

4.3 通信协议的设计和实现

4.3.1 数据通信协议的设计

4.3.2 数据包格式的设计

4.4 链路口通信协议测试

4.5 本章小结

第5章 系统主要软件功能模块设计

5.1 系统引导模块

5.1.1 DSP的引导模式

5.1.2 FLASH引导模式的设计与实现

5.1.3 多DSP系统引导程序设计

5.2 系统底层自检模块

5.3 日志存储功能模块

5.3.1 日志信息存储原理及格式

5.3.2 存储空间的分配方式

5.4 系统纠错模块

5.4.1 系统纠错原理

5.4.2 纠错模块的设计与实现

5.5 图像处理模块

5.6 本章小结

第6章 系统测试

6.1 系统性能测试

6.1.1 μC/OS-Ⅱ系统移植测试

6.1.2 μC/OS-Ⅱ系统实时性测试原理

6.1.3 μC/OS-Ⅱ系统实时性测试步骤及结果

6.2 通信协议时间测试

6.3 小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢