基于DM642的EDMA图像处理系统

只看该作者 · 2018-5-20 10:32

基于DM642的EDMA图像处理系统

1 前言

　　DM642 (TMS320DM642)型处理器是TI最新推出的面向多媒体处理领域的数字信号处理器(DSP).给多媒体设备的实现提供了另一种有效的手段。 DM642建立在C64x DSP核基础上.采用德州仪器公司开发的第二代高性能的先进的超长指令字结构VeloeiTl.2TM,在600MHz的时钟频率下.DM642每秒可以进行24亿次16位的乘累加或48亿次的8位的乘累加。这样强大的运算能力使得DM642可以进行实时多视频图像处理。它的增强型直接内存存取 (EDMA)对DSP图像处理系统是非常重要的，它可以在没有CPU参与的情况下完成映射存储空间中数据搬移。灵活使用EDMA可以大大提高数据传输效率。以：DM642为例，结合Sobel算法给出EDMA的一种具体控制和实现方法。

　　2 DM642的EDMA控制器

　　DM042的EMDA能提供超过2Gb/s的外部带宽.支持64路独立触发的事件传输，总共有85个参数对“Linking”或“Chaining”进行配置。Linking是在1个事件被触发时允许1个序列进行传输。Chaining是当1个通道的数据传输完毕时触发另1个通道的数据传输。 Linking和Chaining使得仅仅被CPU初始配置之后EDMA能够连续的自动运行。EDMA的特点决定了其适合图像处理的功能。由于图像处理的原始数据量很大.同时图像处理中也会产生同等量的中间数据.对于片内存储资源有限的高速DSP来说,一般需要借用外部存储空间。为了提高系统的实时处理能力.可以将数据在不同存储空间转移的任务交给EDMA来完成，而CPU只用于数据的计算。同时，EDMA对数据重排功能可以优化图像数据在内存中的存储，这不仅可以提高内部存储空间的利用效率.而且可以提高数据的传输速率。虽然对图像数据的传输也可由软件实现，但将消耗大量的CPU时钟周期。使DSP的高速性能难以发挥。而由EDMA来完成同样的工作几乎不占用CPU的时钟周期。

　　在C64xDSP中.EDMA控制器负责片内L2存储器与其他设备之间的数据传输。EDMA控制器和DMA在结构上有很大的不同.其增强之处包括：

　　提供了64个通道;

　　通道间的优先级可以设置;

　　支持不同结构数据传输的链接。

　　EDMA控制器由以下几部分组成;

　　事件和中断处理寄存器;

　　事件编码器;

　　参数RAM;

　　硬件地址产生。

　　其中,事件寄存器控制对EDMA事件进行捕获。1个事件相当于1个同步信号，由它触发1个EDMA通道开始数据传输。如果有多个事件同时发生.则由事件编码器对它进行分辨。EDMA的参数RAM中存放了有关的传输参数，这些参数会被送入地址发生器硬件.进而产生读写操作所需要的地址。

　　EDMA支持8bit、16bit和32bit数据的存储。在EDMA中定义了下列概念：

　　(1) 数据单元(element)的传输。单个数据单元从源地址向目的地址传输.如果需要，每1个数据单元都可以由同步事件触发传输;

　　(2) 帧(frame)。l组数据单元组成1帧，l帧中的数据单元可以是相邻连续存放的，也可以是间隔存放的.帧传输可以选择是否受同步事件控制，“帧” 一般在1维传输中提及;

　　(3) 阵列(Array)。1组连续的数据单元组成1个阵列.在1个阵列中的数据单元不允许间隔存放。1个阵列的传输可以选择是否受同步事件控制。“阵列 ”一般在2维传输中提及;

　　(4) 块(block)。多个帧或者多个阵列的数据组成1个数据块;

　　(5) 1维(1一D)传输。多个数据帧组成1个1维的数据传输。Block中帧的个数可以是 l～65536。

　　(6) 2维(2一D)传输。多个数据阵列组成1个2维的数据传输。第1维是阵列中的数据单元，第2维是阵列的个数。

　　3 EDMA的控制机制

　　3.1 事件与事件控制寄存器

　　EDMA有64个通道.每1个通道都有1个事件与之关联.由这些事件触发相应通道的传输。

　　3.2 传输参数与参数 RAM

　　EDMA控制器与DMA控制器在结构上有所区别。C64x的.EDMA控制器是基于RAM结构。参数.RAM(Parameter RAM。PaRAM)的容量是2KB，总共可以存放85组EDMA传输控制参数。多组参数还可以彼此连接起来，从而实现某些负责数据流的传输.例如循环缓存和数据排序等。参数RAM中保存的内容包括：

　　64个EDMA通道对应的入口传输参数.每组参数包括6个字;

　　用于重加载，链接的传输参数组。每组参数包括24字节;

　　8字节空余的RAM可以作为“草稿区”(scratch pad area)。

　　一旦捕获到某个事件.控制器将从PaRAM顶部的64组入口参数中读取数据对应的控制参数送往地址发生器硬件。

　　表l给出1组EDMA传输参数的内部结构，总共6个字.192bit。可以通过32bit的外设总线对EDMA的参数.RAM进行访问。

　　可选参数(OptiON Parameter)，32bit，用户可以根据情况选择设置该参数。

　　SRC/DST地址.32bit，用于存放EDMA访问起始的源地址和目的地址，可以通过可选参数中的SUM/DUM位设定对SRC/DST地址的修改方式。

　　数据单元计数(Element Count)，16bit无符号数.存放l帧(1一D传输)或1个阵列(2一D传输)中的数据单元数。

　　帧/阵列计数(Frame/Array Count)，16bit无符号数.存放的是1-D数据传输中的帧计数，或是2一D数据传输中的阵列计数。

　　数据单元，帧，阵列索引(Element/Frame/ArrayIndex).16bit无符号数，作为地址修改的索引值。数据单元索引只应用于1-D 传输，为下一数据单元的地址偏移值(2一D传输不允许数据单元间隔存放)。帧，阵列索引用于控制下一帧，阵列的地址索引。

　　数据计数的重加载(Element Count Reload)，16bit无符号数。用于在每帧最后一个数据元素传输之后.重新加载传输计数值。这个参数只能用于1一D传输中。

　　链接地址(Link Address)，16bit。当设定可选参数中的LINK=1时，可以由链接地址确定下1个EDMA事件采用参数的装载，重装载地址，从而使多组 EDMA传输参数形成EDMA传输链。

　　4 EDMA的传输操作

　　EDMA进行数据传输时有2种启动方式，1种是CPU启动.另1种是由同步事件触发。每1个通道的启动是相互独立的。

　　4.1 CPU启动EDMA/非同步的 EDMA

　　CPU可以通过写事件置位寄存器(ESR)启动1个EDMA通道。向ESR中某1位写1时，将强行触发对应的事件。此时，与正常的事件响应过程类似， EDMA的PaRAM中的传输参数被送入地址发生器.完成对EMIF、L2存储器或外设的存取访问。由CPU启动的EDMA属于非同步的数据传输。EER 中的事件使能与否不会影响这种EDMA传输的启动。

　　4.2 由事件触发 EDMA

　　一旦事件编码器捕获到1个触发事件并锁存在ER寄存器中，将导致PaRAM中对应的参数被送入地址发生器.进而执行有关的传输操作。尽管是由事件启动传输操作，但是事件本身必须首先被CPU使能。EER寄存器负责控制事件的使能。触发EDMA传输的同步事件可以源于外设，外部器件的中断或某个EDMA通道结束。与DMA的情况不同，与EDMA的每1个通道相关联的触发事件是固定的。因此，如果假设EER中的EVT4=1，那么EXT_INT4引脚的外部中断信号就会启动EDMA通道4的传输。所以，每个事件也就指定了1个特定的EDMA通道。

　　5 在实时图像处理系统中的应用

　　在实时图形处理系统中，经常是把数据块转移，例如从视频通道采集数据传送到SDRAM中作为后续处理的缓存，或是把数据传送到片内RAM中。EDMA使数据的传送简单易行。下面以把数据从视频通道传送到片内RAM中并作Sobel边缘提取算法和把数据从视频通道传送到SDRAM中并作So—bel边缘提取算法为例。

　　(1)把数据从视频通道通过1维方式传送到片内RAM中并作Sobel边缘提取算法

　　只对摄像头采集的I块数据进行Sobel边缘提取。采用一维EDMA传送方式，每1次传送采集1行中的部分数据(DAT_copy()函数)。在PAL制式下.先把1行数据放到nMemTemp数组中，然后对从144行到432行、从180列到435列的图像进行Sobel边缘提取.最后把变换后的数据输出到显示缓冲区.如图1所示。

　　因为Sobel算法需要3行数据，所以可以开辟1个可以存放3行数据的缓冲区，通过指针的交换把从视频通道过来的数据分别放到缓冲区中。保存的3行图像使用翻卷的缓冲区管理，3个变量分别指示当前使用的y行、y—l行和y一2行在缓冲区中的起始偏移量。可以这样：轮流往3块缓存区拷贝数据.只要改变拷贝的指针就可以。在拷贝当前这1块的时候.已经拷贝的另外2块数据依然没有变化，所以就可以实现3块数据保存采集图像中的相邻3行数据.如表2所示。