基于ADSP-BF533光纤熔接监控设计

2007年4月

电子器件

ChineseJournalOfElectronDevices

Vol.30　No.2Apr.2007

DesignofFusedFiberSplicingMonitoringTechnologyBasedonADSP2BF5333

ZHAOWen2xian,LIUJin2gao,LIWai2yun

(Dept.ofElectronicsScienceTechnology,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China)

Abstract:AsystemicdesigntoremotelymonitorfusedfibersplicingbasedonADIADSP2BF533withreal-timecharacteristicsandhighprecisionisdescribed.TheanalogvideosignalisdigitizedinthevideodecodemoduleADV7183BandthedigitalvideosignalisencodedinthevideoencodemoduleADV7171.Highca2pacityexternalSDRAMmemoryisusedtobufferthedigitalvideoframe.ThecentralcontrolanddigitalvideodataprocessingunitiscompletedinADSP2BF533.Thesystemcandorealtimevideocompression,soanalogvideofromdifferentvidiconscandisplayonthesamemonitorandthefusedfibersplicingprocesscanberemotelymonitored.

Keywords:ADSP2BF533;ADV7183B;ADV7171;videodecode;videoencodeEEACC:1265;30;6140

基于ADSP2BF533光纤熔接监控设计

赵雯娴,刘锦高,李外云

(华东师范大学电子科学技术系,上海200062)

3

摘　要:介绍了在光纤熔接监控系统中基于ADIADSP-BF533的设计方法,用于实时地、高图像精度地远程监控光纤熔接

过程.其中视频解码模块ADV7183B完成模拟视频信号数字化,视频编码模块ADV7171完成数字视频信号模拟化,同时采用外部SDRAM存储器作为数字视频帧缓存,整个系统以ADSP2BF533为核心模块进行视频编解码的控制和数字视频数据的处理.此系统可以进行实时的视频压缩处理,完成多个视频源的模拟视频同时显示在一台模拟监控器上,分辨率高,达到了远程实时监控光纤熔接过程的目的.

关键词:ADSP2BF533;ADV7183B;ADV7171;视频解码;视频编码中图分类号:TN27　　文献标识码:A　　文章编号:100529490(2007)0220604204　　光纤熔接监控系统可以用于远程控制光纤的熔接,和一般的监控系统相比具有实时性强和图像精度高的特点,这就要求核心芯片必须具备强大的MCU功能,能够对视频编解码芯片进行很好的配置,同时还必须具备强大的DSP功能,尤其要在数字视频数据处理方面性能突出,经过项目组的再三斟酌,最后决定选用ADI公司的ADSP2BF533作为核心芯片实现对视频编解码芯片的控制和数字视频数据的处理.系统结构框图如图1所示.系统的工作流程大致如下:两个模拟视频摄像头分别从两个角

图1　系统结构框图

度对光纤的熔接过程进行拍摄,摄取的模拟视频信

号经过ADV7183B视频解码,解码后的数字视频数据存储在外部SDRAM中,并通过ADSP2BF533进

收稿日期:2006203231

基金项目:上海市科研计划项目的资助(0512)

作者简介:赵雯娴(19812)女,华东师范大学信息学院电子系在读硕士研究生,主要研究通信与信息系统,

51041202071@student.ecnu.edu.cn.

第2期赵雯娴,刘锦高等:基于ADSP2BF533光纤熔接监控设计605

行数字视频数据处理,处理后的数字视频数据经过ADV7171视频编码,最后实现在模拟监视器上同时显示两个角度的视频,从而达到监控的目的.

1　主要功能模块介绍

1.1　ADSP2BF533

美国模拟器件公司(ADI)是全世界领先的高性能信号处理集成电路制造商,是全球主要的可编程DSP芯片供应商之一.BlackfinDSP是该公司16位产品的一个大系列,采用ADI和Intel联合开发的体系结构(MSA),集DSP和MCU功能于一身,指令集增加了专门指令以支持多媒体视频和音频功能,特别适合于完成视频、音频等数字信号处理.ADSP2BF533是BlackfinDSP系列的一个成员,拥有16位定点DSP内核,可以实现600MHz的持续工作,内核包括2个16位乘法器,2个40位累加器,2个40位算术逻辑单元(ALU),4个8位视频ALU,以及1个40位移位寄存器.ADSP2BF533的结构体系将存储器构造成统一的4GB地址空间,用32位地址寻址.包括内部存储器、外部存储器、PCI地址空间和I/O控制寄存器在内的所有资源,在这个统一的地址空间中占据各自的一段.此外,ADSP2BF533还有12通道的DMA,3个支持PWM的定时/计数器以及满足ITU2656数字视频格式的并行外部接口(PPI)[1].1.2　视频解码芯片ADV7183B

ADV7183B是ADI公司推出的模拟视频解码芯片,能够将兼容国际标准NTSC、PAL或SE2CAM的模拟基带视频信号转换成兼容ITU2656标准的8/16位YCrCb型4∶2∶2数字视频数据.ADV7183B集成了3个MHz、10位的模数转换器(ADC),具有12路模拟视频输入信道.ADV7183B处理功能强大,能够处理CVBS,Y/C和YPrPb等不同格式的模拟视频信号,实现对输入模拟视频信号的亮度色度分离、采样,同步信号的抽取等功能.ADV7183B采用I2C与微处理器实现通信

[2]

.

1.3　视频编码芯片ADV7171

ADV7171是ADI公司推出的综合数字视频编码芯片.ADV7171具有4个高质量的10位视频数字模拟转换器(DAC),可将兼容ITU2656标准的8/16位YCrCb型4∶2∶2数字视频数据转换成兼容国际标准的NTSC、PAL等制式的模拟视频信号,其中DACA输出CVBS信号,DACB输出BLUE/CVBS/U信号,DACC输出RED/S2Video

C/V信号,DACD输出GREEN/S2VideoY/Y信号.每个DAC都可以工作和进行单独控制,而不影响其他DAC的输出.ADV7171同样采用I2C与微处理器进行通信[3].

2　系统实现

2.1　ADSP2BF533和编解码芯片的I2C通信过程ADSP2BF533通过I2C通信对ADV7183B和ADV7171进行配置.由于编解码芯片的ALSB接地,所以读写ADV7183B的器件地址分别为0X41(读操作)和0X40(写操作);读写ADV7171的器件地址分别为0X55(读操作)和0X(写操作).

I2C通信数据传输时序如图2所示,其中S是开始信号,P是结束信号.

图2　I2C通信时序图

ADSP2BF533和编解码芯片的通信流程大致如下:

①BF533发送开始信号,实现方法是在保持SCLK线高时,SDA线由高变低;②BF533发送8位器件写操作地址(ADV7183B为0X40,ADV7171为0X);③BF533等待ACK信号,ACK信号是在第9个时钟脉冲时SDA线被拉低;④BF533发送8位编解码芯片寄存器地址值;⑤BF533等待ACK信号;⑥BF533发送8位寄存器配置值;⑦BF533等待ACK信号;⑧BF533发送结束信号,实现方法是在保持SCLK线高时,SDA线由低变高.2.2　编解码芯片的配置

2.2.1　解码芯片的配置

ADV7183B的12路模拟视频输入信道通过不同的配置可以支持11路CVBS信号、3路YC信号和2路YPrPb信号.通过INSEL寄存器位可控制输入的类型和信道的选择.整个处理过程通过I2C通信对相关寄存器进行配置.下面是部分配置程序:

voidInit_ADV(void){　inttempReg;

tempReg=3pFlashA_PortA_Out;clr_bit(tempReg,RST_7171);

3pFlashA_PortA_Out=tempReg|(1<|(1<3pFIO_INEN=tempReg|(1<//设置BF533的PF寄存器tempReg=3pFIO_DIR;

606电　子　器　件

clr_bit(tempReg,RST_7183);

第30卷

3pFIO_DIR=tempReg|(1<//设置BF533的PF2引脚为输出引脚tempReg=3pFIO_FLAG_C;

clr_bit(tempReg,PPICLK_ADV7183_SELECT);

3pFlashA_PortA_Out=tempReg|(1<3pFIO_FLAG_C=tempReg|(1<2.3　ADSP2BF533并行通信接口PPI

PPI是半双工形式的并行外部接口,具有双向

端口,最大可输入/输出16位数据.它有1个专用的时钟引脚、3个帧同步引脚、4个专用的数据引脚和12个PF复用的数据引脚.应用系统中的ADV7183B和ADV7171共用PPI接口数据引脚PP[3:0],并通过程序配置将BF533芯片的PF管脚PF[15:12]设为PPI数据管脚,从而实现8位PPI数据传送.ADV7183B、ADV7171和BF533的连接如图3所示.

2.2.2　编码芯片的配置

ITU2656YCrCb型4:2:2数据以27MHz的速率输入到ADV7171之后,被分成Y、Cr、Cb三路信号,Y信号范围为16到235,CrCb信号范围为16到240.通过正确的寄存器配置,产生需要的模拟基带视频信号.下面是部分配置程序:

voidInit_DAV(void){　inttempReg,i;

tempReg=3pFlashA_PortA_Out;

图3　BF533PPI连接图

　　PPI支持ITU2656[4]输入的3种模式和输出的1种模式.ITU2656的3种输入模式是:活动视频模式、VBI模式和整场模式.应用系统采用活动视频模式,在该模式中,PPI不读入图像结束数据EAV和开始数据SAV之间的所有数据以及V=1时的所有数据,同时插入在消隐信号中的控制字被PPI过滤掉,PPI只有在检测到SAV信号时才开始读入数据,在PPI_FRAME寄存器中设置每帧活动视频的行数.在这种模式下,发送视频流之前数据和控制代码必须在内存中设置好.输出以二维DMA的方式实现.

2.4　直接存储访问方式DMA

BF533通过使用二维DMA方式实现存储器空间和编解码器之间的数字视频数据传送.数据传送使用PPI通道,由于BF533只有一个半双工PPI收发的DMA通道[7],同时进行数据收发容易产生数据冲突,所以系统采用不同的读取方式进行和编解码器之间的数据传送;ADV7183B的数据输入到BF533存储器采用单次数据传送,即一次传输任务

完成之后,自动停止该DMA通道,此时运行状态标志位DMA_RUN从1变为0,但DMA配置寄存器的DMA使能位没有变化.若要重新启动该DMA通道,只要重新设置DMA配置寄存器即可.将BF533存储器图像数据输出到ADV7171时采用自

动缓冲模式,即当一个传输任务完成之后,控制寄存器将被它们的原始设置值重载,这样DMA可以不断重复同一个操作,直到将DMA配置寄存器的DMA使能位清零为止.DMA初始化程序大致如下[526]:

voidInit_DMA_Input(void){3pDMA0_CONFIG=0;

3pDMA0_START_ADDR=SDRAMINADD;//DMA目标地址

3pDMA0_X_COUNT=X_RAM_Length_In;//X_RAM_

Length_In个32位数字图像数据传输

3pDMA0_X_MODIFY=0x4;//32位数字图像数据传输3pDMA0_Y_COUNT=Y_RAM_Length_IN;//Y_RAM_

Length_IN个32位数字图像数据传输

3pDMA0_Y_MODIFY=0x4;//32位数字图像数据传输

第2期赵雯娴,刘锦高等:基于ADSP2BF533光纤熔接监控设计607

3pDMA0_PERIPHERAL_MAP=0x0;//使用PPI外设3pDMA0_CONFIG=DMAEN|DI_EN|WNR|WD2

SIZE_32|RESTART|DMA2D|DI_EN;//设置DMA配

置寄存器}

voidInit_DMA_Output(void){3pDMA0_CONFIG=0x1090;

3pDMA0_START_ADDR=SDRAMOUTADD;3pDMA0_X_COUNT=X_RAM_Length_out;3pDMA0_X_MODIFY=0x1;

3pDMA0_Y_COUNT=Y_RAM_Length_out;3pDMA0_Y_MODIFY=0x1;}

2.5　数字视频数据处理

应用系统处理存储在外部SDRAM中的ITU2656YCrCb型4∶2∶2格式的数字视频数据,过程如下:两个模拟摄像头同步摄取的两场模拟视频经过ADV7183B解码成为数字视频数据之后通过BF533的PPIDMA通道,滤除消隐数据保留活动数字视频数据,将这两场活动数字视频数据存储在SDRAM的一段连续空间中.然后BF533对其中一场的第一行进行奇数位像素数据的采样,采样数据存储在SDRAM的另一段空间中,紧接着对另一场的第一行进行偶数位像素数据的采样,采样数据紧接着前一段采样数据连续存储.用同样的方法依次采样两场数字视频的剩余行.最终存储的采样数据参考文献:

[1]　AnalogDevices[R],ADSP2BF533BlackfinTMProcessor

HardwareReference,PreliminaryRevision,2003.3:2452503.

[2]　AnalogDevices[R],MultiformatSDTVVideoDecoder

ADV7183BDataSheet,Revision0,2004.9:602.

[3]　AnalogDevices[R],DigitalPAL/NTSCVideoEncoderwith

102BitSSAFandAdvancedPowerManagementADV7170/ADV7171DataSheet,RevisionA,2001:21223.

[4]　ITU2RBT.65624.InterfacesforDigitalComponentVideoSig2

nalsin5252lineand6252lineTelevisionSystemsOperatingat

经过ADV7171编码就可以实现两个摄像头拍摄的画面在模拟监示器上左右同时显示的效果.采用不同的采样方法可以实现不同的显示效果,比如两幅画面上下显示或层叠显示等[8].外部SDRAM和BF533的引脚连接如图4所示.

图4　外部SDRAM和ADSP-BF533引脚连接图

3　结束语

应用系统在Blackfin系列的软件开发环境Vis2ualDSP++3.5下开发和调试.系统的设计充分利

用了ADSP2BF533强大的控制和数字信号处理功能,结合视频编解码芯片,实现了监控光纤熔接过程的目的,实时性好,图像精度高,能够用于远程控制光纤的熔接.该系统后续开发的空间很大,在今后的设计中可以考虑增加更为复杂完善的功能.

the4:2:2LevelofRecommendationITU2RBT.601,1998[S].

[5]　CappelliniV,ConstantinidesA.G.DigitalSignalProcessing

[M].AcademicPressInc.Ltd,1980:822109.

[6]　SamuelDSteams,RuthADavid.SignalProcessingAlgo2

rithms[M].PrenticeHall,1988:2012206.

[7]　陈峰.Blackfin系列DSP原理与系统设计[M].北京:电子工业

出版社,2004:612119.

[8]　张新芝.电视技术[M].北京:高等教育出版社,2003:102100.