基于TMS320DM642的增强视景系统设计与实现

0 引言
随着现代飞行技术的发展，以及飞机性能的日益提高，飞行员需要实时获取的信息越来越多，飞行员不仅要不断接收和处理各种仪表信息及地面或空中的通报和指挥信息，还需要对各种危险警告和异常信号做出迅速的反应。特别是当飞机进行进场着陆或者起飞及做战术动作时，飞行员的操作负荷较大。因此如何有效地将各传感器信息综合地显示出来，不仅可以降低飞行员的劳动负荷，还能增强其态势的感知能力。传统的飞行员座舱系统包含大量的机械式仪表，飞行员的操作负荷大，态势感知能力弱，而根据对航空事故的调查统计显示，85％的航空事故是因为飞行员失去态势感知能力造成的。因此通过对飞行员座舱系统的良好设计，提高信息的综合显示水平能有效地提高飞行员的态势感知能力，从而减少飞行事故。
在飞行员座舱系统中采用增强视景和合成视景技术，不仅可以减少飞行员座舱系统中仪表的数量，还能提高信息的综合显示水平，降低飞行的劳动负荷，增强飞行员的态势感知能力。所谓视景增强系统，就是把机载红外传感器和毫米波雷达输出的图像叠加在平显上，在为机组提供机外真实视景的同时，显示一些下显给出的重要数据指示。
在此，研究和开发了基于实时采集图像传感器的图像数据，并在图像数据上叠加相应的飞行姿态信息增强视景系统。系统采用TI公司的视频处理专用芯片DM642，实现了对4路D1(720×576)格式视频数据的实时采集和显示。
基于DM642的增强视景系统实现的功能有：
(1)拥有16×8，8×8，5×7的完全ASCII码点阵字符集，可以自由显示任意的字符和数字信息；
(2)支持自定义汉字点阵字符集的显示；
(3)支持基本图元的绘制，如直线、圆、矩形、圆弧、多边形、矩形填充等基本GUI功能的实现；
(4)支持静态图片的加载，如logo、静态仪表盘等图形信息的透明和不透明叠加显示；
(5)实现罗盘仪表的绘制操作，可自由绘制各种数字仪表；
(6)实现导航和预警仪表盘的绘制与显示；
(7)支持4路视频的实时采集，可实现多种模式的显示操作界面，各种模式可以相互自由切换。

1 系统的硬件设计
基于DM642的增强视景系统主要由TMS320DM642数字信号处理器、视频编解码模块、存储模块、电源和可编程控制器模块组成。整个系统结构见图1。

1．1 系统主控制器及存储空间拓展
系统采用TMS320DM642作为核心处理器，它基于C64X内核，采用VLIW(超长指令字)结构，最高时钟可达720 MHz，采用二级缓存结构，拥有丰富的外设接口：拥有3个可配置视频口，可实现与视频输入／输出的无缝连接；拥有64路可配置EDMA，可灵活实现数据搬移操作；具有64位外部存储器接口(EMIFA)，可以连接同步或者异步的存储器和外设；拥有I2C总线接口，可实现对外部编解码芯片的配置。
TMS320DM642的EMIF在内存中的地址映射分为4个可独立寻址的空间CE[O：3]，自地址Ox80000000起各占256 MB空间。根据设计中所选芯片的数据宽度等特点，可以对这4个寻址空间进行配置。其中，CE0空间配置成64位宽，只用于SDRAM内存的映射；CE1空间配置成8位宽度，用于FLASH的映射；CE2＼CE3在该设计中未使用，留作将来拓展使用。系统中利用DM642的EMIFA外部存储器接口进行存储空间拓展，外扩有2片4M ×32 b SDRAM，共64MB，其占用外部存储空间的范围为Ox8000000～0x81FFFFFF，用于存储视频帧数据和程序代码；系统同时外接了4M×8位FLASH芯片，FLASH在CE1子空间占据的内存映射空间为0x90000000～0x9007FFFF，共512 KB空间，用于固化程序和初始化数据。由于TMS320 DM642的外部总线只有EA[22：3]，所以CE1子空间的最大寻址范围为1M×8b。系统中CE1子空间除了分配给FLASH空间外，还分配给状态／控制寄存器等资源使用，FLASH只占据CE1子空间的一半寻址空间，最大可寻址范围为512K×8 b，而FLASH的设计容量为4M×8 b。所以为了访问整个FLASH空间，需将FLASH进行分页，每页为512 KB，共分8页，具体的分页逻辑将在CPLD控制逻辑部分进行详细介绍。
1．2 视频解码模块
视频解码模块也称为视频采集模块，它由数字视频解码芯片SAA7113和视频源(模拟CVBS信号)组成。对于输入的图像，经过视频解码模块A／D转换后才能送给视频处理模块。该解码模块采用Philips公司的SAA7113H芯片来进行采集。图像传感器输出的模拟CVBS信号经SAA7113视频芯片转化为数字信号，输出的数字信号经过视频口的内部FIFO缓冲后，由DM642的EDMA通道将数据传送到片外SDRAM中，以便视频处理程序使用。DM642通过I2C控制器对SAA7113进行配置，使其输出BT．656格式4：2：2的YUV视频数据流。
1．3 视频编码模块
视频编码模块也称为视频显示模块，本模块由两部分组成，即输出两种模式的视频信号，可以外接CVBS和VGA的显示终端。
(1)CVBS编码模块
该模块由Philips的编码芯片SAA7121H和显示终端组成。它将DM642处理后的。BT．656格式视频信号转化成模拟CVBS视频信号，并通过显示器显示处理结果。
(2)VGA编码模块
该模块由VXll28，ADV7125等芯片完成。将BT．656格式的视频数据转换成模拟RGB信号，通过VGA接口与显示终端连接。其中，VX1128接收DSP视频口输出的BT．656格式数据流和行场同步信号，输出24位RGB数据流送给视频编码芯片ADV7125；视频编码芯片ADV7125将数字格式的RGB信号转换成模拟的RGB信号，并通过VGA接口送到显示终端。