dsp图像数据流设计

DSP图像数据流设计

DSP应用程序主要分为三个部分：采集、处理和显示。

第一，采集是指应用层调用DSP底层驱动函数user_read_upp_data()将一帧RGB565视频格式数据储存到指定位置，该函数通过UPP接口接收FPGA的YCBCR图像数据，并按照特定公式转换成RGB565图像放置在用户指定的数组里；

第二，处理是指将应用层按照实际需求将采集得到的图像进行处理，并在原图像上叠加字符、十字线、波门等信息；

第三，显示是指应用层调用DSP底层驱动函数user_write_video_buff()将处理后的图像送入显示缓冲区，DSP利用中断机制自动将缓存区的一个完整数据帧送给LCD屏(DSP6748平台)或通过UPP接口发给FPGA(DSP6655平台)。

具体流程图如下所示，需要说明的有以下几点：

1. 数据采集和显示均由底层中断实现，不能或者占用很少主程序工作时间；
2. 主程序只能和采集缓冲区、显示缓冲区进行交互，每次交互的图像数据量都是一帧；
3. 采集缓冲区和显示缓冲区都采用3片buffer的结构形式，拿显示缓冲区举例，底层函数和主程序通过不同的接口指针去访问它，写入指针和读取指针不允许访问同一片buffer，防止数据帧出现半新半旧的情况，写入指针和读取指针都遵循buffer1         buffer2         buffer3         buffer1的访问流程；
4. 当写入速度比读取速度快时，写入指针只有等读取指针访问完一块区域后，才能进行该区域的覆盖写入，如果有新数据来而读取指针又没访问完，则写入指针会停留在原区域重新写入，重新覆盖上一帧数据；
5. 每次从采集缓冲区读取的数据帧都是上一次的，但如果主程序长时间未调用user_read_upp_data()函数，接下来读取的2个数据帧会和实时数据有长时间的时间差，后期要想办法优化；
6. 如果主程序调用user_read_[A1] upp_data()函数太频繁，而采集函数又来不及更新缓冲区，则应用层会一直获得上一次已经取过的数据帧，直到下一帧数据接收完成；
7. 每次更新显示缓冲区的数据，LCD都应在下一帧显示，但如果主程序调用user_write_video_buff()函数太频繁，LCD来不及刷新，那可能会造成部分数据帧丢失；

图1.1 DSP主程序流程图

 

1 数据采集：

1.1 数据传输方式

FPGA发送数据的方式：一帧图像数据大小为1440*576字节的大小，但是，FPGA端发送过程是分奇偶场分开发送数据的，奇场图像数据大小为1440*288，偶场图像数据大小为1440*288，先传偶场再传奇场，因此每次需要连续传输1440*288字节大小的数据。

DSP接收数据的方式：DSP通过UPP接口接收数据，实际上是通过内部UPP_DMA将UPP通道缓存中的接收到的数据以一个二维数组的形式搬移到DSP内部指定地址中（DDR3或DDR2），通过配置目标地址，传输行数，传输列数，传输偏移量来实现。

综上所述，一帧图像数据需要两次UPP来接收或发送。

1.2 数据同步

为了保证每次DSP数据的更新得到的都是最近的数据，那么得做好UPP传输的同步性，以及确保在时钟不稳时UPP发生错误时能够及时复位。交互中每次UPP数据发送完后FPGA会发送给DSP的一个GPIO（V中断）[A2] 中断来通知其上一场数据已经发送完毕，需要重新配置下一场数据的储存地址[A3] ，即使没有接收到1440*288个数据，也需要重置UPP接口，准备下次接收。

具体交互是这样做的：FPGA在每次发送完UPP的数据后通过一个I/O口给DSP的GPIO BANK0PIN1发送一个上升沿脉冲，DSP将此引脚配置为上升沿触发中断模式。同时，通过GPIO BANK0PIN5做一个I/O口的Filed信号来区分数据是奇场数据还是偶场数据，如信号流程如图1.2所示。

图1.2 数据同步信号流程

V中断需要处理任务：

1，读取GPIO的Filed信号，并保存到gpio_f_flag中。

2，判别UPP DMA接收中断是否产生（判别UPP接收中断全局标识是否置1），若产生了接收中断，则清零接收中断标识位，并根据gpio_f_flag的值是1（高电平）或0（地电平）来区分是奇场数据还是偶场数据，以此来存放UPP数据到对应内存中；若没有产出接收中断，则说明此次UPP传输失败，则复位UPP外设，并重新配置UPP DMA参数。

3，配置好下一次UPP接收首地址并开启UPP接收通道。[A4] 

UPP中断需要处理任务：

根据UPP中断状态寄存器值判别是否发生了UPP接收窗口中断或发送窗口中断，若发生了，则将UPP接收中断全局标识置1，将UPP发送中断全局标识置1。

1.3 采集数据的转换和内存访问的切换

FPGA通过UPP发送给DSP的数据格式是YCRCB格式的，而且一帧分为了奇场和偶场，所以在处理数据之前得将接收到的数据分成Y场数据（720*576大小）和CRCB场数据（720*576大小）。各场的格式和数据转换如图1.3所示。先取一行偶场数据，将其中的Y0-Y719存入Y场的第一行，其中的CB0-CB359，CR0-CR359存入CBCR场的第一行；再取一行偶场数据，将其中的Y0-Y719存入Y场的第二行，其中的CB0-CB359，CR0-CR359存入CBCR场的第二行，以此类推，转换完一帧数据。

图1.3 各场数据格式

FPGA分两次给一帧图像，所以DSP一帧数据的BUFF设置为两个1440*288的缓存（UPP_BUFF_EVEN和UPP_BUFF_ODD），分别存储偶场数据和奇场数据。由于图像数据帧BUFF的写入和读出速度是不一样的因此需要设置6个BUFF数据帧来做写入和读取的切换，分别为UPP_BUFF1_EVEN，UPP_BUFF1_ODD，UPP_BUFF2_EVEN，UPP_BUFF2_ODD，UPP_BUFF3_EVEN，UPP_BUFF3_ODD。读取与写入的访问操作按以下顺序流程来操作(BUFF1->BUFF2->BUFF3->BUFF1->…)。