基于USB2.0的高速图像传输系统设计

文章摘要：摘要：针对油气井视频检测高速图像采集传输的要求，设计一种基于通用串行总线USB2．0协议的高速图像采集系统。该系统设计是以TMS320DM6437型DSP为系统核心，并通过USB接口器件与PC主机相连，实现与PC主机的高速数据传输。该高速图像采集系统应用于油气勘探实现井下视频检测。1 引言图像处理、瞬态信号检测等领域要求高速度、高精度、高实时性的数据采集与处理技术，因此对高速图像采集系统的数据传输提出更高要求。现在高速图像采集系统一般采用高性能数字信号处理器(DSP)和高速总线的框架结构。DSP完成计算量巨大的实时处理算法，高速总线实现处理结果或采样数据的快速传输，可采用ISA、PCI、USB

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　　摘要：针对油气井视频检测高速图像采集传输的要求，设计一种基于通用串行总线USB2．0协议的高速图像采集系统。该系统设计是以TMS320DM6437型DSP为系统核心，并通过USB接口器件与PC主机相连，实现与PC主机的高速数据传输。该高速图像采集系统应用于油气勘探实现井下视频检测。

　　1 引言

　　图像处理、瞬态信号检测等领域要求高速度、高精度、高实时性的数据采集与处理技术，因此对高速图像采集系统的数据传输提出更高要求。现在高速图像采集系统一般采用高性能数字信号处理器(DSP)和高速总线的框架结构。DSP完成计算量巨大的实时处理算法，高速总线实现处理结果或采样数据的快速传输，可采用ISA、PCI、USB等高速总线，而USB总线具有安装方便、高带宽、易扩展、传输速率高达480 b／s，已成为计算机接口的主流。因此，这里介绍一种采用USB2．0接口和高性能DSP的高速图像采集处理系统，主要应用于井下视频检测，也可应用于光纤通信、雷达信号处理等领域。

　　2 图像采集系统硬件设计

　　2．1 系统硬件设计架构

　　图1为该高速图像采集系统硬件设计架构。该系统设计选用ICX205AL型CCD传感器来采集图像，前端被测物体的光线经光学系统*在CCD传感器上，然后输出信号经低噪声的OP37传输至高速、高精度的AD9220型A／D转换器，所转换的数据再经DSP预处理，通过USB接口器件传输给PC机，这样就完成了图像采集过程。

　　ICX205AL型高速面阵CCD传感器的有效像素可达到1145 M(1 392 Hx1 040 V)，水平驱动频率141 318 MHz，并具有灵敏度高、暗电流小、分辨率高、转移速度快、连续可调电子快门等特点。

　　该系统设计选用TMS320DM6437型高性能的数字媒体处理器DSI作为核心控制。TMS320DM6437通过HPI接口访问USB接口器件。HPI接口是一个并行端口，16位数据总线宽度，8级深度内部读写缓存，通过HPIC、HPIA、HPID 3个寄存器组合易于实现主机对DSP的控制。主机(上位机)通过HPI接口直接访问DSP的全部存储空间，包括存储映射的外围设备。主机和DSP都可访问HPI的控制寄存器(HPIC)，此外，主机还可访问地址寄存器(HPIA)和数据寄存器(HPID)。

　　USB接口器件采用Cypress公司的CY7C68033，其内部集成有USB2．0收发器、串行接口引擎(SIE)、增强型的8051内核和可编程控制的外围接口(GPIF)，可提供高速数据传输有效、方便的解决方案。CY7C68033的固件程序位于内部RAM中，由uSB或电子可擦写可编程只读存储器(EEP-ROM)下载；具有4个可以自由编程分配控制的端点；8位或16位外部数据接口：内部具有4个集成的FIFO，对外有两种接口模式，Master模式使用GPIF接口，Slave FIFO模式使用集成的FIFO供外部设备读写，很容易与外部的专用集成电路或DSP器件连接；内置增强型的8051内核时钟最高可达48 MHz，其指令周期只需4个时钟周期；具有2个通用异步收发器(UART)、3个定时计数器、扩展的中断系统；内置2个I2C总线控制模块。

　　2．2 USB接口设计

　　图2是该高速图像采集系统的USB接口电路连接图。

　　图2中，CY7C68033的PA3～PA2引脚作为地址线与TMS320DM6437 DSP的HCNTL[1:0]相连，用于选择HPI的寄存器与工作模式；FD[15:0]作为16位数据总线与HPl的数据总线HD[15:0]相连，用于交换数据；CTLx引脚为GPIF的输出控制信号，RDYO引脚为GPIF的输入控制信号。由于访问HPI寄存器需两次半字传输，因此使用CY7C68033的CTL0引脚进行控制。TMS320DM6437的HR／W接至CTL1，用来作为读／写选择标志；HDS1与CTL2相连，作为数据选通信号。HRDY与输入信号线RDYO相连，用于查询HPI接口状态，GPIF通过监测该信号以控制内部存取操作。TMS320DM6437的HINT与CY7C68033的INT0引脚相连，DSP复位时HINT引脚启用，该引脚也用于DSP向CY7C68033发送外部中断请求。另外，TMS320DM6437的HCS3引脚接地表示可对HPI进行连续存取操作。

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