摘要 設計了在FPGA與DSP之間進行圖像數據傳輸的硬件結構，介紹了EDMA的工作原理、傳輸參數配置和EDMA的傳輸流程。在開發(fā)的實驗平臺上實現了這一傳輸過程。借助TI公司的DSP調試平臺CCS把接收到的圖像數據恢復成圖像，驗證了傳輸過程的正確性和穩(wěn)定性。
關鍵詞 FPGA；DSP；EDMA；圖像傳輸

    數字信號處理器(DSP)是采用數字計算方法對信號進行處理的專用芯片。由于其性能穩(wěn)定，可大規(guī)模集成，編程性高和易實現等優(yōu)點，被廣泛應用。其中，以圖像處理與DSP技術結合較為普遍，因為圖像所包含的信息數據量大，而DSP的處理速度快，易于實現大量數據高速傳輸的特點能夠滿足這一要求。
    目前，圖像處理技術已在通信、信息、電子、航天及軍事等領域得到廣泛應用。與圖像處理有關的系統(tǒng)設計中，FPGA加DSP構架是普遍的使用方法。為充分利用DSP的性能，需要在FPGA中對圖像進行相應的預處理，再把圖像數據傳輸給DSP進行處理。所以FPGA與DSP之間的數據傳輸技術變得不可或缺。
    圖像數據傳輸的速度與穩(wěn)定性對整個系統(tǒng)的性能具有很大的影響。本文介紹了一種基于EDMA的高速穩(wěn)定的數據傳輸方法，并在TI的DSP開發(fā)平臺CCS下，對該方法的性能進行了測試。

1 方案設計
    文中圖像傳輸硬件系統(tǒng)結構如圖1所示。該系統(tǒng)中采用Ahera公司的Cyclone3系列FPGA：EP3C80F484C6，Analog Device公司的視頻解碼芯片ADV7183，差分輸入14位數據的LVDS接口和TI公司的TMS320C6416。該系統(tǒng)既可采集模擬視頻信號，又可采集數字視頻信號。模擬信號經過模數轉換芯片ADV7183后變成數字信號，數字信號經由LVDS差分接口進入FPGA。為調試方便，模擬圖像與數字圖像統(tǒng)一使用320×256規(guī)格。DSP以EDMA方式接收，經過FPGA預處理后的圖像數據，在CCS平臺下進行顯示以驗證傳輸的正確性。

2 接口電路設計
    DSP以EDMA方式從FPGA中讀取數據，需要FPGA在內部配置一塊大小適當的存儲空間。FPGA作為一個存儲器，通過DSP的外部存儲器接口(EMIF)與DSP相連。硬件連接如圖2所示。

    圖2所示為FPGA與DSP的硬件上連接示意圖。實際使用時，并沒有使用上述所有信號線。FPGA使用到的管腳如下：CLK，CE，A[19：0]，D[63：0]和INT。CLK是DSP提供的同步讀寫時鐘，CE是DSP的片選信號，A[19：0]為地址線，D[63：0]地址線。INT為中斷信號。
    FPGA與DSP的傳輸機制：FPGA使用QuartusII開發(fā)平臺往雙口RAM中寫數，寫滿后用中斷管腳INT來通知DSP讀數。DSP收到FPGA的中斷信號后，開始讀數。讀數期間片選信號CE有效，FPGA把DSP片選信號CE作為雙口RAM的讀使能，在使能期間用DSP提供的時鐘CLK讀取數據。
    系統(tǒng)中DSP提供給FPGA的時鐘CLK為100MHz。接收模擬圖像時，圖像數據為8位，只使用D[7：0]8根數據線；接收數字圖像時，圖像數據為14位，使用D[15：0]16根數據線，高兩位置0。數字圖像與模擬圖像均為320×256。[!--empirenews.page--]

3 EDMA傳輸
    TMS320C6000系列DSP中的，增強型直接存儲器訪問(EDMA)控制器執(zhí)行所有二級高速緩存／內存控制器與外設之間的數據傳輸。
    EDMA控制器包括事件和中斷處理寄存器、事件編碼器、參數RAM和地址產生硬件電路。事件是觸發(fā)EDMA啟動的同步信號，事件寄存器用于捕獲EDMA事件。事件編碼器解決多個事件發(fā)生時事件的優(yōu)先級問題。對應事件的傳輸參數存儲在EDMA參數RAM中，并且傳遞給地址產生硬件單元，進行尋址EMIF或外設執(zhí)行相應的讀寫操作。
3．1 傳輸流程
    使用EDMA數據傳輸的方法有兩種，一種是CPU初始化的EDMA；第二種是事件觸發(fā)的EDMA。所有的EDMA通道都有一個特定的同步事件與之對應，如外圍設備事件、外部硬件中斷或EDMA傳輸完成事件都可以同步觸發(fā)EDMA的傳輸。當通道對應的同步事件發(fā)生或由CPU同步該通道時，通道就完成一次數據傳輸請求。由事件觸發(fā)的EDMA傳輸實時性好，是一種常見的傳輸方式。系統(tǒng)采用的就是事件觸發(fā)模式，觸發(fā)信號就是FP GA給DSP的中斷信號。圖3為EDMA的傳輸流程。

3．2 EDMA配置
    同步事件發(fā)生時，EDMA傳輸的數據大小和源目的地址由參數RAM中的參數決定。訪問EDMA的參數RAM時需要通過外圍總線。EDMA傳輸參數，如圖4所示。

    選項(OPT)部分主要用于傳輸數據的最小單元、數據傳輸的源地址和目的地址的尋址模式。系統(tǒng)中的最小傳輸單元為1 Byte，源地址設置為一維源，目的地址設置為二維源。數據傳輸模式為幀同步。傳輸數據塊的行數設置255(實際傳輸行數為256)，列數設置為320。
    源地址(SRC)設置了源數據所在的地址，系統(tǒng)該參數配置為0xA0000000，指向FPGA目的地址(DST)設置了數據要被傳輸到的存儲空間的地址。
    實現傳輸過程為把一幅320×256 Byte的圖像從FPGA緩存到了SDRAM中。傳輸14位的數字圖像時，一個像素的圖像數據占用2 Byte，所以要把選項(OPT)中的最小傳輸單元改為2 Byte。
3．3 程序實現
    相應的EDMA通道初始化完成后，使能并打開相應的中斷。FPGA每產生一次EDMA同步事件，即往INT管腳發(fā)一次中斷信號，EDMA就能完成一次指定要求的傳輸，然后等待下一次同步事件。
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4 實驗結果
    DSP提供給FPGA的時鐘為100 MHz，傳輸一幅320×256的圖像需要約為0．8 ms。傳輸速度較快，可以滿足圖像快速傳輸以及實時處理的要求。TI的開發(fā)平臺CCS可以觀察存儲器中的數據，并把收到的存在存儲器中的數據顯示成圖像，從而可以驗證傳輸的正確性以及穩(wěn)定性。數據源為模擬圖像時，相機拍攝的原始圖像和DSP收到的圖像如圖5和圖6所示。

    數據源為數字信號時，原始圖像為14位數據，TI的仿真平臺只能顯示8位圖像，所以DSP中收到的圖像數據只能以高8位進行顯示，但會丟掉圖像的一些細節(jié)，圖像整體偏暗。由于系統(tǒng)采用的數字圖像由中波紅外熱像儀采集，由于視場差別，原始圖像無法采集。圖7為提取高8位圖像數據顯示的圖像。

    圖5～圖7中的圖像經過多次傳輸驗證，沒有出現錯誤的圖像。說明該系統(tǒng)實現的圖像數據傳輸滿足圖像實時處理的速度要求以及可靠性要求。

5 結束語
    介紹了一種FPGA向DSP的數據傳輸方法，描述了EDMA的特點以及由其控制的數據傳輸的實現過程。所介紹的方法在開發(fā)的實驗平臺上，進行了驗證。文中介紹了FPGA向DSP的傳輸，更改EDMA的源地址與目的地址及相關參數可以實現DSP向FPGA的數據傳輸。