DSP+FPGA混用設(shè)計

　　為了提高算法效率,，實(shí)時處理圖像信息,，本處理系統(tǒng)是基于DSP+FPGA混用結(jié)構(gòu)設(shè)計的。本系統(tǒng)要求DSP可以滿足算法控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、運(yùn)算速度高,、尋址靈活、通信能力強(qiáng)大的要求,。所以,，我們選擇指令周期短、數(shù)據(jù)吞吐率高,、通信能力強(qiáng),、指令集功能完備的DSP。選用百萬門級FPGA進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn),。非常適合實(shí)時信號處理系統(tǒng),。
 

　　系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

　　CompactPCI作為PCI總線的電氣、軟件和工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn),，是當(dāng)今最新的計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)之一,。CompactPCI總線的高速,、堅固,、可靠,、穩(wěn)定，與PcI軟件的良好兼容性,，使得它成為工控領(lǐng)域最流行和通用的計算機(jī)接口總線,。

　　CPCI目前最高傳輸速度528MB/s，可用的PCI-X的最高傳輸速度可達(dá)1066MB/s,。

　　在高速堅固,，可靠穩(wěn)定的技術(shù)基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)設(shè)計了可運(yùn)用客戶自有協(xié)議的CPCI背板和接口統(tǒng),、高度模塊化的CPCI業(yè)務(wù)板,。

　　綜合業(yè)務(wù)處理平臺

　　綜合業(yè)務(wù)處理平臺是指在單一平臺實(shí)現(xiàn)多路信號預(yù)處理、復(fù)雜圖像算法,、圖像顯示,、數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)控制等任務(wù),。這不僅要求硬件必須具備高性能,，可以進(jìn)行實(shí)時處理，同時,，嵌入式的應(yīng)用環(huán)境還要求體積小,、重量輕、功能強(qiáng),、可靠性高,。

　　完整的系統(tǒng)由以下幾個模塊構(gòu)成：箱體，電源,，背板,，A/D預(yù)處理板與信號處理板等。

　　箱體,，電源和背板

　　箱體采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸上架的外型尺寸,。內(nèi)部空間：支持2U 4槽CPCI背板;支持2個3UCPCI電源。箱體背部雙電源輸入接口,，通斷式開關(guān)(支持常開),。以便響應(yīng)斷電后系統(tǒng)重啟的要求。

　　3U CPCI電源支持熱插拔;采用和系統(tǒng)一體的智能管理電源背板;支持AC輸入,。

　　背板上有4個6U插槽,，每個插槽有5個插座：P1，P2,，P3,，P4,，P5。P1,，P2為標(biāo)準(zhǔn)PCI,，提供5V/3.3V信號環(huán)境。

　　系統(tǒng)槽P3,，P3,，P5定義按照系統(tǒng)板MIC-3369定義標(biāo)準(zhǔn)。

　　擴(kuò)展槽：P1,，P2,，P3，P4,，P5采用穿透型長針,，前后穿透，配護(hù)套,。P1,，P2這樣設(shè)計，前插板和后插板都可以根據(jù)實(shí)際需求從背板上取得供電,。P3,，P4，P5提供完善的信號前后路由,。

　　此外,，3個擴(kuò)展槽的P3之間、P4之間,、P5之間設(shè)計為PIN TO PIN連通,。

　　這樣設(shè)計，為業(yè)務(wù)板間建屯線性擴(kuò)展,，上一級處理模塊與下一級模塊通信建立了物理通信端口,。

　　A/D預(yù)處理板

　　考慮到系統(tǒng)每個業(yè)務(wù)板都要處理多路輸入，而且工程安裝設(shè)備要求便利,，我們專門為模擬輸入的信號調(diào)理設(shè)計一個標(biāo)準(zhǔn)的處理模塊：尺寸為233.35mm×80mm×1槽空間,。這樣信號線全部在箱體后部接入。每個業(yè)務(wù)板一一對應(yīng)預(yù)處理的數(shù)字信號按照預(yù)定的方式通過P5高速傳送到對應(yīng)業(yè)務(wù)板上的FIFO,。FIFO控制器根據(jù)觸發(fā)的有效來變換工作方式,。

 　　考慮到系統(tǒng)擴(kuò)展和故障排除的便利，業(yè)務(wù)處理板設(shè)計成統(tǒng)一的架構(gòu),。這樣,，用戶針對不同的處理業(yè)務(wù)只要更改設(shè)計好的軟件內(nèi)核，硬件接口程序和用戶界面都不用更改,。同樣,，排除故障時只要更換問樣的業(yè)務(wù)板即可完成,。

　　業(yè)務(wù)處理板尺寸為233.35mm×160mm×1槽空間;支持PICMG 2.1熱插拔規(guī)范。

　　板上DSP和FPGA各自帶有RAM,，用于存放業(yè)務(wù)處理過程所需要的數(shù)據(jù),。PMC I/O擴(kuò)展板

　　實(shí)際應(yīng)用于工程時，模塊化的系統(tǒng)部件通常需要接受外部指令或通過特定的I/O接口輸出數(shù)據(jù),。我們采用了PMC卡來解決,。PMC(PCIMezzanine Card)規(guī)范IEEE 1386給出了mezza-nine模塊的標(biāo)準(zhǔn),。它提供了一種針對不同載板規(guī)格高性價比的實(shí)現(xiàn)I/O功能的方式,。

　　PMC標(biāo)準(zhǔn)是把PCI總線信號映像到PJ386板卡上。單模塊尺寸單((74mm ×149mm)上的前突起部分用來接通I/O,，通過標(biāo)為P1,、P2、P3,、P4的四個聯(lián)接頭與載板上PCI互聯(lián),。

　　用戶可以根據(jù)現(xiàn)場的要求選擇標(biāo)準(zhǔn)PMC網(wǎng)絡(luò)接口卡接受和傳輸數(shù)據(jù)。也可以按照需要定制各種串口I/O接口卡,，完成時統(tǒng)調(diào)度,。

　　系統(tǒng)處理板

　　MIC-3369采用低功耗Pentium-M處理器和優(yōu)化的Intel*E7501+ICH4R芯片組，具有支持64BIT/66MHz的系統(tǒng)總線,，提供了3.2GB/s的帶寬,，性能具有極佳的競爭力。MIC-3369在設(shè)計上支持PICMG2.16規(guī)范,，兼容PICMG 2.9規(guī)范,，能夠與遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)平臺協(xié)同工作。

　　系統(tǒng)應(yīng)用

　　(遠(yuǎn))紅外遙測系統(tǒng)

　　在(遠(yuǎn))紅外遙測系統(tǒng)中開展紅外數(shù)字視頻信號成像的實(shí)時處理系統(tǒng),。

　　在對大尺度空間或復(fù)雜地形進(jìn)行遙感觀瞄時,，采用了多個紅外頻段的探測器。根據(jù)不同的精度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,，繪制出圖像輸出到顯示終端,，并把大量數(shù)據(jù)快速存儲到本地硬盤供后續(xù)使用。

　　系統(tǒng)的工作原理框圖示于圖4,。

　　實(shí)時目標(biāo)探測系統(tǒng)

　　在IC生產(chǎn)或精密器件研磨加工都使用了工業(yè)視頻處理系統(tǒng),。在這樣的系統(tǒng)中，并行輸入輸出的信號頻率一般不高,，但對信號處理精度和實(shí)時性的要求很嚴(yán)格,。

　　我們應(yīng)用上述架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一個實(shí)時目標(biāo)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的任務(wù)主要足接收多個工位上傳的位置量傳感器,，位移量傳感器和攝像頭輸出的灰度圖象,，經(jīng)預(yù)處理,、編碼、算法處理和目標(biāo)識別后,，輸出結(jié)果到顯示終端,，同時發(fā)出指令給控制電路。其中,，低層的處理,，其運(yùn)算數(shù)據(jù)量大，但運(yùn)算結(jié)構(gòu)較規(guī)則,，適于用FPGA進(jìn)行純硬件實(shí)現(xiàn);而算法處理及目標(biāo)識別等高層圖象處理,，要用到多種協(xié)議結(jié)構(gòu)，用DSP編程來實(shí)現(xiàn),。系統(tǒng)的示意圖如圖5所示,。

 　　結(jié)語

　　采用本文介紹的體系結(jié)構(gòu)，能夠在一個開放的模塊化的平臺上迅速實(shí)現(xiàn)高密度高可靠性的系統(tǒng),。它具有以下特點(diǎn)：

　　1.低MTTR,，高可用性;

　　2.系統(tǒng)配置靈活和升級、維護(hù)方便;

　　3.方便實(shí)施系統(tǒng)定制,，降低研發(fā)成本;

　　4.迅速實(shí)現(xiàn)專屬應(yīng)用,，提高競爭優(yōu)勢。