论文研究-嵌入式优化的红外视频采集平台设计 .pdf

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嵌入式优化的红外视频采集平台设计,崔尧,刘上乾,在传统的DSP FPGA红外视频采集实时平台基础上,进一步提出通过借助在32位ARM7处理器S3C44b0中嵌入ucosII操作系统进行任务调度的改进平台方
国爵技论文在线 http:/www.paper:cdu.cr 们把每个包的大小定在64个字节 4) UDPsend(任务:把打包好的数据,通过调川植入的TCPP驱动函数上传至pc 5) Record(0任务:一定周期内统计,其他各任务用时情况.可以根据它来优化各个任务, 调整包的大小,以优化程序使得有较高的效率.并监视前端缓存的更新信号,若前一贞 数据还未传完,清空FIFO丢弁数据 6) monitor任务:优先级最高,监视pc机的指令,响应其开始或结束集程序,使平台具 有平台化的特点 程序巾还通过各种信号量进行同步,通信,临界代码段的保护等等.其中最为重要的是 record 任务,根据其统讣的数据调整仼务的结构,代码,数据包的大小,以得到较为优化的系统 四系统的移植和lwip的实现 4』 ucos的移植简单原理和实现 ucos是开源的适合移植的实时操作系统,本平台只占用了1%的ram和2%的ash的空间,实现 复杂的管理任务执行时间确定.移植相当方使.系统与硬件有关的部分集中在\ SOFTWARE U COS-IMARM∏汞下。移植部分的代码在文件: OS CPU.H, OS CPU CO,和 OS CPU A.ASM中。从结构,ARM平台上电后,系统会根据外部管脚确定引导方式,从物 理0地址运行汇编诘言编与的 bootloader进行中断初始化,有储器,堆栈,系统初始化,建 ¢程序运行环境,然后跳转到 ucosll的入口运行 ucos,让系统控制管理仨务运行。 42lwip的移植 ucosII是一个实时的内核没有集成网终协议还需要引入TCPP协议栈[6].配合LAN9c11l 的以太网控制器实现以太网的采集功能。Iwip是一套用于嵌入式开源的轻型TCPP协议栈 实现 ICMP, UL)P.TCP协议具有超时估计快速重发调整窗口等功能.支持红外采集系统的 进一步网络功能拓展 它把于硬件,操作系统编译器相关的代码独立处来便于移植: (1)与CPU和编译器相关的文件 src/arc/include/arch下的ch,cpuh, perf.h的设置 (2)与操作系统相关的代码四部分 sys arc. e中 sys tem t信号暈 sys mbox t消息sys arch timeout函数, sys thread new创建新线程 (3) lib arch中的库函数。以上几部分有些需要修改,有些需要uo中的API调用封装实现,有些 需要应用者编程实现。 43LAN91c111的驱动实现 在引入」TCPP协议栈后还需要完成相关网络设备驱动程序的添加并一定模板本系统就是 根据模板相应LAN9lcl·结构[7]实现驱动的编写。ARM可以通过对LAN91c寄存器设 置设定L作模式分配空间通过中断进行写中断 处理等等 四实验结果 采用ucoS系统优化后,大大提高∫实时系 统的采集效率,提高了实吋米集的可靠性。将本 系统与128×128面阵红外焦平面像机对接进行 实验,图(a)、(b)分别是本系统40帧秒下实时采 图(a)手 图(b)船 集显示的手和船的热图,它们具有较高的成像质 Fig 3 Collected thermal image of a hand and a 国爵技论文在线 http:/www.paper:cdu.cr 量。(另:上位机程序也有重影响) 为测试极限釆集速度,我们通过JAG直接写入DSP内存幅小数据量静态图像,控制川 更快的帧频率上传。统计如下: 60M/ 基本稳定无数据丢失 65M/s 偶然一帧少量丢失 视觉无察觉 70M/s每帧少量的丢尖 视觉无察觉; 72M/s 比较多的丢失 视觉有察觉; 以上熜率情况均超岀pc显示器的扫描频率上限,通过采集后每帧图像的效果静态效果辨別 系统主要特点:1)采用高性能的专用12 bit ccd信号处理器,采用DSP和FPGA做处理数字 图像信号处理核心;2)加嵌入式系统的优化的红外采集平台。优化后采集具有高的速率, 高带宽利用率,高稳定性:;进一步将嵌入式系统植入DSP,对较复杂的图像算法进行优化3) 即插即用100Ms恻络接口,嵌入较完整TCPP协议,使于可进一步的多点远程组网功能拓 展4)使川双口RAM作为数据缓存器,系统具有较高并行性 五结束语 木文针对嵌入式系统的引入,对图像采集平台的优化性角度进行分析,结合ucos系统模式优 点和处理器ARM7的工作模式特点,从软硬两个方面进行优化,并已在红外视频采集系统进 行了应用.通过优化解决∫传统的前后台方式礻集带宽效窣不高难题.优化后的台带宽高, 而且具冇平台化特点,使平台拓展为多站采集系统,多PC实吋的网络远程数据采集等,深 入网络功能应用的拓展成为可能。使其具有高速化高精度化髙稳定化性。符合红外平台将来 多平台化互联化远程化的发展的趋势结合网络技术便于拓展。如多站互联协同工作的红外 平台,远程控制的红外采集平台。实验验证,本系统具有实时处埋视频信号的功能,满足高 速高精度红外成像信号实时采集的要求.采用100M网络接口UDP协议采集,具有高稳 定性、高速、高带宽利川率、大容量及灵活网络拓展性等特点。 参考文献 I]M. schulz. and L. Caldwell. Nonuniformity correction and correctability of infrared plane arrays[J]. SPIE, 1995 2470:200-~209 [2]L. P. David, L. D. Eustace. Lincar thcory of nonuni formiLy correction inin frarcd staring sensor[J]. Optical Engineering.1993,32(8):1854~1859 3 Cao Zhiguo, Sang Nong Digital implementation of nonuniformity correction for IRFPAs[J. SPIE. 1999, 3698 807814 [4][美]ean.J. Labnrosse著揿入式实时操作系统UCOS-I第2版)卲贝贝译,北京航空航天出版社,2004 [5] Sumsang公司著S3C44B0中文数据手册杭州立泰电了有限公司译 [6][美]史蒂文斯( W. Richard Stevens) TCP/IP详解卷1:协汊北京:机械T业出版社,200 [刁]胡俐蕊嵌入式以太网控制器"LAN9lC111其应用,微计算机信息,2005年05期 国爵技论文在线 http:/www.papcr.cdu.cn A Design of Infrared video Acquisition System Optimized By embedded system Cui rao, Liu Shangqian, Yao Jing Xidian University, Xian 710071 Abstract On the basis of the traditional real-time platform of DSP+FPGa infrared video for collection or display This paper presents an advanced platform for tasks arrangement through embedding an opcrating systcm known as"ucosll"into a 32 bits processor ARM7-S3C44b0 Implements an highly optimized real-time platform in high speed and efficiency for infrared video collection with 100M/S NIC interface chip LAN9IClll andwip, a TCP/IP process, transplanted into the embedded system Obtains a larger utilization usage ratio of bandwidth, and a more rapidly more stablely video data obtained for the collection. In the end we give a further discussion about the expanded and widely use of embedded operating system in infrared video platform Keywords: IRFPA: Video Acquisition; ARM7; Optimized system; Embedded system; DSP

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