DSP 6437 影像處理平台

機器人上影像處理所使用的硬體為 TI(德州儀器公司)出產的 DSP 6437，如 圖 2-5，處理速率高達 600MHz，屬於 C6000 系列的產品。TI 依照應用的需 求，區分為三大平台：高效能的C6000 DSP 平台、低功率的 C5000 DSP 平台、

以及最佳化控制的C2000 DSP 平台，由於影像處理以及 Ethernet 網路傳輸需要 極高的運算量，且DSP 6437 整合了許多週邊通訊設備：透過 CAN-bus、RS232 與底層運動控制平台 DSP F2812 做資料的傳輸，以及 Ethernet 使其可與監控端 電腦達成即時的通訊與影像傳輸，因此選用了此平台應用在機器人上。

圖 2-5 DSP 6437 開發平台

圖 2-6 DSP 6437 硬體方塊圖

由圖 2-6 硬體方塊圖中，針對重要的硬體介面做簡單的介紹，如下：

„ Video IN： 透過 AV 端子將攝影機資料輸入。

„ CAN、RS232： 分別為 CAN-bus 與串列資料 RS232 傳輸介面。可與

F2812 通訊。

„ ENET RJ45： 10/100 Mbps Ethernet 傳輸介面。本研究利用其介面傳 送影像資料至遠端電腦。

„ Embedded JTAG： 燒錄以及偵錯開發的程式與演算法。

2.2.1 EDMA 模組-協助資料搬運

在影像處理的流程裡，常會使用到大量資料的搬運與複製，例如一個畫面 更新率為 30 fps，大小為 360 x 240 pixel 的彩色影像，每秒鐘就有 7776000 Bytes 的影像資料要處理，如果用 CPU 做這些資料的搬運，便太耗費 CPU 的資 源。因此發展了EDMA (Enhanced Direct Memory Access)，EDMA 在 DSP 上是 一個很重要的週邊，因為它可以協助 CPU 做資料搬運的工作，避免 CPU 的資 源浪費。EDMA 內部具有多個通道，可同時提供多組資料的搬運動作，使得在 大量資料的搬運上效率高又不佔用CPU 資源。

接著介紹本研究所實際應用的例子，由於所接收的影像資料為 YUV422 的 影 像 格 式 ，Y 所代表為明亮度(luminance)，U 和 V 則分別為色度及濃度 (chrominance、chroma)，由於 YUV 的資料是錯綜排列的，必須分別取出 Y、U 與V 的資料，如圖 2-7。

圖 2-7 利用 EDMA 將影像資料做搬移

為了達成此資料搬移，便利用 EDMA 的區塊同步模式(block-sync)，區塊同 步模式便是每次搬運以一個區塊(block)長度為單位，如圖 2-8 所示，每個區塊 由多個矩陣(array)組成，而矩陣是由數個連續資料元(element)組成。藉由在程式 中PaPAM 暫存器設定每個資料的間距與大小，每當完成一個區塊的搬運時，便 會回傳一個TR 觸發訊號，至下個區塊執行同步的搬運。

Array 0 Array 1 Array 2 Array 3

Array 0 Array 1 Array 2 Array 3

Array 0 Array 1 Array 2 Array 3 Block 0

TCP/IP 是 Internet 網路上傳輸資料所必需的協定，這種網路通信模式在 PC 機之間的實現已經完善，但是由於體積、價格等因素限制了應用的範圍。因 此，基於TCP/IP 協定與 Ethernet 的嵌入式系統網路通訊設計成為目前一個熱門 的話題。本系統實現了在以 TI 公司的 DSP 6437 為核心嵌入式系統的 Ethernet 傳輸。利用本系統可輕鬆的實現在局域網中對數位電視傳輸流信號的傳輸、調 度。網路驅動介面採用了 TI 公司的針對 C6000 系列 DSP 推出的 TCP/IP NDK(Network Developer's Kit)網路開發套件來實現。

在 TCP/IP 的模組中定義了兩組傳輸層的協定：TCP 與 UDP。TCP 用以建 立可性賴連結導向的資料傳輸，可確保資料的完整與正確；而UDP 用以產生不 可信賴無連結導向的資料串流，雖然無可保證資料的完整，卻有即時傳輸的優

上感測資料與命令的傳輸使用 TCP 協定，確保傳輸的正確性；影像資料的傳輸 因為重視即時性所以使用UDP 的傳輸協定。

已建立 TCP/IP 協定為基礎的網路傳輸在機器人上，為了達到以 IEEE 802.11 為介面的無線傳輸，使用 ASUS 公司的無線傳輸產品 WL-330gE，利用 其轉接器(adapter)功能，可將 Ethernet 介面的傳輸轉為 IEEE 802.11 介面的無線 傳輸，達成機器人彼此之間無線訊號的溝通。

2.2.3 DSP/BIOS 作業系統

在一個嵌入式系統中，軟體的核心就是作業系統，TI DSP提供一套即時作 業系統的開發環境，稱為DSP/BIOS，提供圖形化的系統配置，即時性的訊號分 析，以及API的函式庫，且屬於一個多緒程(multi-thread)的作業系統，讓使用者 快速發展一個嵌入式即時系統。

DSP/BIOS 的 配 置 分 成 六 大 物 件 群 組 ， 分 別 是 系 統 (system) 、 量 測 工 具 (instrumentation)、排程機制(scheduling)、同步機制(synchronization)、輸出輸入 (I/O)、CSL函式庫(chip support library)。在本研究的應用的系統配置中，主要建 構了網路傳輸續程以及影像擷取續程，利用排程機制分配優先權，影像處理優 先權較高執行完成才切換至網路傳輸續程；在資料傳輸的應用上利用了同步機 制中的信號(semaphore)物件，使得CAN與TCP/IP兩種傳輸介面的資料得以同 步；在影像擷取以及CAN傳輸的驅動部份使用CSL函式庫，讓使用者可藉由 CSL函式庫中的函式設計所需的功能運作。因此本研究利用此DSP/BIOS作業系 統設計出符合本研究機器人應用所需的嵌入式即時系統。