基于DSP_FPGA的车辆道路图像的处理平台设计

摘要： 对于智能汽车而言，车辆道路图像的显示要求实时性高，处理器要处理的数据量非常大，因此我们以DSP_FPGA双模块实现高性能实时车辆道路图像处理。这种系统外围电路简单，功能强大，可以实现图像的识别、跟踪和匹配。本文对车辆道路图像处理平台的设计方法和硬件构成进行了详细的论述，并进行了仿真实验验证。

关键词： 实时系统；图像处理；DSP；FPGA

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）35-0198-02

0 引言

开发汽车图像处理平台，对汽车智能化进程有着重要的推动作用，能为我国智能交通体系的建立打下良好的基础。市场上在选择智能汽车的传感器时，多采用TV摄像机或者CCD摄像头，利用摄像头获取的图像对车辆周边环境进行采集。由于计算机硬件设备的处理速度和存储容量大大提高，基于图像处理的智能汽车技术逐渐成为了主流。

车辆路况数据采集以前多采用单片机作为控制器，通过模/数转换（AD）、存储器以及外围电路进行工作。但由于车辆路况复杂，信息量大，单片机的处理速度难以达到大数据采集的要求。而仅仅单独利用DSP进行高速数据采集，会因为底层数据量大导致频繁中断高层的算法、计算公式和控制结构，影响了DSP的性能；因此我们采用现场可编程门阵列（FPGA）来实现底层的信号数据的处理，不仅速度高而且运算结构简单；而DSP专门处理高层的算法、公式和控制结构。

1 系统设计

车辆道路图像的处理平台包含了路况图像采集模块、FPGA模块、DSP模块、路况图像输出模块、存储器和控制电路。下面介绍一下各模块的功能：

路况图像采集模块：利用A/D阵列对输入视频信号进行转换、处理，再经过D/A转换，就可将视频显示在监控设备上。

FPGA模块：FPGA是视频信号采集、处理和显示的控制核心，主要包括模数转换阵列采集控制、数据传输、存储和控制、时序的产生与控制、图像的预处理和显示控制、EMIF总线接口逻辑。本文图像处理平台中采用的是EP1K50芯片。本芯片工作频率高达250MHz，满足复杂逻辑控制同时具有存储和缓冲功能。

DSP模块：DSP模块是实时图像处理平台的核心，对通过FPGA预处理后的图像进行识别、检测和跟踪等复杂的图像数据处理和运算。本模块包含复位控制、时钟系统、DSP器件、Flash程序存储器、JTAG端口、SDRAM图像帧存储器等。本平台选用的DSP芯片为TMS3206201，主频为200MHz，峰值性能可以达到2400MOPS。

路况图像输出模块：对经DSP处理后的数字图像进行数模转换，再与同步信号叠加后形成标准的视频。

2 系统的具体实现方案

2.1 路况图像采集模块 总共设有六路模数转换器，其中A/D0、A/D1、A/D2共享一路数据总线ADCB14～27，A/D3、A/D4、A/D5共享另一路数据总线ADCB0～13。A/D0、A/D3共享输出使能信号ADC_OEO，A/D1、A/D4共享输出使能信号ADC_OEO1，A/D2、A/D5共享输出使能信号ADC_OEO2。六路模数转换器采样同一个时钟信号和片选信号，保证了同步采样，通过数据总线与FPGA管脚连通，在模数转换完成后，通过三个ADC_OEO信号分时读取转换结果，实现了并行采集的目的，节约了FPGA资源。

2.2 FPGA模块 经过ADS8364芯片处理过的来自CCD摄像头的图像处理信号与红外光电感应信号、行同步信号、奇偶场信号、场同步信号一起进入FPGA。图像实时处理结果通过多通道缓冲串口由FPGA传给上位机，再传至DSP。串口通信控制可由FPGA编程实现，也可以选用TL16C554芯片来实现，后一种方法可以节省FPGA片内资源。

2.3 DSP模块 路况图像的实时显示对数据的处理和传输速度都有非常高的要求，DSP模块可以对传输和数据处理分时进行，从而提高系统性能。DSP芯片C6201DMA控制器具有四个相互独立的可编程的传输通道，允许进行四路不同内容的DMA传输；选取一个辅助DMA通道专门负责与主机通信，其他的DMA通道的数据传输在片内存储器、外部器件或片内外设之间独自进行。平台在在DSP外扩展的SDRAM中设置了三个帧存储区，保证了图像的连续采集和连续显示。（图3）

2.4 路况图像输出模块 本模块通过数模转换芯片ADV7125将DSP处理后的图像数据与字符信号结合，形成VGA格式视频，同时接收FPGA产生的数字视频信号，再与同步信号和消隐信号叠加后，完成路况图像输出显示。

3 结论

基于DSP_FPGA的车辆道路图像的处理平台设计以DSP和FPGA为核心，增加了视频输入通路。同时底层的信号数据的处理都通过了FPGA，后期的调试过程证明这样做使得调试非常方便，使得DSP专门处理高层的算法、公式和控制结构，不仅速度高而且运算结构简单。最后经大量的系统仿真证实：该平台结构简单，稳定性高，处理速度快，视频效果优秀。

参考文献：

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