人工智能-图像处理-实时嵌入式图像处理并行监控系统的研究与实现.pdf资源-CSDN文库

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1 绪

绪绪

绪论

论论

论

1.1

1.11.1

1.1

引言

引言引言

引言

实时图像处理技术在工业医学军事和商业等领域有着广泛的应用前景尤

其在军事领域目前广泛用于精确制导领域的红外图像分析过程由于需要处理数

据量非常大处理实时性要求高且常常包含有诸如分割检测标记识别等比

较复杂的算法因此通常都采用多

DSP

构成的并行处理系统来完成

[1-3]

[f1]

由于本课题来源于红外成像精确制导项目对这个多

DSP

构成的并行处理系统

有较高的软硬件要求属硬实时系统对实时性要求非常强而且系统必须具有一

定的灵活性可扩展性必须是一种多算法协调工作能加载和变化软件及其参数

的智能信息处理和智能控制的系统因此该系统需要采用基于多

DSP

的嵌入式实时

操作系统来实现任务调度资源分配进程管理实时响应等功能以及支持系统

计算能力扩展的功能

1.2

1.21.2

1.2

嵌入式操作系统简介

嵌入式操作系统简介嵌入式操作系统简介

嵌入式操作系统简介

嵌入式系统

Embedded System

是近代计算机产业革命时代出现的智能化工

具

是信息技术

Information Technology

的最新产物嵌入式系统是以应用为

中心以计算机技术为基础并且软硬件可裁剪适用于不同的应用系统是对功

能

可靠性成本体积功耗有严格要求的专用计算机系统在嵌入式系统中

操作系统和应用软件集成于计算机硬件系统之中即系统的应用软件与系统硬件一

体化

它具有软件代码少高度自动化响应速度快等特点特别适合于要求实时

和多任务处理的情况

为了有效的管理嵌入式系统中的各部分资源以及更大的发挥系统的整体效能

其软件部分需要一个健壮高效的操作系统这一操作系统应能充分表达嵌入式设备

以应用为中心

软件硬件可裁剪应用系统对系统功能可靠性成本体积

功耗有严格要求等特征这样的操作系统称为嵌入式操作系统

RTOS, real-time

embedded operating system

其可定义为直接围绕具体的应用功能较为专门

体积微小可靠性高有良好的可裁剪性封装和管理了底层硬件并能为上层应

用提供普通服务和实时服务接口的软件系统

1.2.1

1.2.1 1.2.1

1.2.1

嵌入式操作系统的发展历史

嵌入式操作系统的发展历史嵌入式操作系统的发展历史

嵌入式操作系统的发展历史

从

1981

年

Ready System

发展了世界上第一个商业嵌入式实时内核

VRTX32

到今天已经有

多年的历史嵌入式技术也经历了几个发展阶段进入

年代后

以计算机和软件为核心的数字化技术取得了迅猛发展不仅广泛渗透到社会经济

军事交通通信等相关行业而且深入到家庭娱乐艺术社会文化等各个领

域掀起了一场数字化技术革命多媒体技术与

Internet

的应用的迅速普及消费

电子计算机通信一体化趋势日趋明显嵌入式技术再度成为一个研究热点纵

观嵌入式技术的发展大致经历了以下三个阶段

[4]

[f2]

无操作系统的嵌入算法阶段

这一阶段的嵌入式系统是以可编程控制器的形式以单芯片为核心的系统同

时具有与一些监测伺服指示设备相配合的功能这种系统大部分应用于一些专

业性极强的工业控制系统中

一般没有明显的被称为操作系统的支持而是通过汇

编语言编程对系统进行直接控制运行结束后清除内存这一阶段系统的主要特点

是系统结构和功能都相对单一针对性强但无操作系统支持几乎没有用户接口

由于这种嵌入式系统使用简便价格较低在国内工业领域应用较为普遍但已经

远远不能适应各种新兴领域的需求

简单监控式的实时操作系统阶段

这一阶段的嵌入式系统主要以嵌入式处理器为基础

以简单监控式操作系统为

核心系统的特点是处理器种类繁多通用性比较弱系统开销小效率高系统

一般配备系统仿真器具有一定的兼容性和扩展性操作系统的用户界面不够友好

其主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行

通用的嵌入式实时操作系统阶段

产品

1.3

1.3 1.3

1.3

不选用商用嵌入式实时操作系统的原因

不选用商用嵌入式实时操作系统的原因不选用商用嵌入式实时操作系统的原因

不选用商用嵌入式实时操作系统的原因

本课题是一个基于多

DSP

的实时图像并行处理系统这种应用于高层次的图像

分析尤其是序列图像其并行处理方式有别于一般如

FFT

卷积之类单纯的科学

计算的并行处理

一是系统执行的图像处理任务往往包含多个子过程如滤波直

方图均衡

分割标记特征提取识别等并不仅仅是某种特定的单纯的科学

计算二是许多图像分析算法的复杂度与图像内容有关这就需要协调

控制各任务

之间的同步尤其是在分布式系统中三是实际图像识别过程往往会包括多个步骤

才能获得最终结果不同的步骤对应不同的算法而不同的算法又适应不同的并行

化处理结构这需要系统能根据当前所运行的算法相应地变化系统的并行结构

针对上述系统特点采用过去的前后台程序设计方法即主循环加中断处理

程序面临着两方面的问题一是中断响应的实时性得不到保证这对于许多具有

硬实时性的控制场合是不适宜的二是由于应用趋于复杂化尤其是在多

DSP

的并

行系统中

需要考虑的各种情况也成指数增加使得软件开发的难度和工作量相应

增加如考虑不周则编写的软件必然存在导致系统死锁的隐患降低了系统可靠

性

因此目前实时嵌入式系统中通常采用基于

RTOS

来设计应用软件

[3][5]

[f3]

通过引入多任务的操作系统微内核一方面保证了系统对外部事件的实时响应另

一方面由于应用程序被分割成若干独立的任务

从而降低了设计的复杂性最终也

提供了系统的可靠性

虽然有如上所分析的许多商用的嵌入式实时操作系统可供选用

但出于以下原

因我们课题不选用商用的嵌入式操作系统

z安全性方面存在顾虑

安全性方面存在顾虑安全性方面存在顾虑

安全性方面存在顾虑

对从其它公司购买的商用操作系统一般都不提供

源代码有理由怀疑技术陷阱的存在这一点在应用于我们课题这种

军事领域的嵌入式系统尤应考虑

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