DSP图像处理系统与PC机高速通信电路设计

范会迎

摘 要：PC机常用的高速通信接口有网口和USB口，采用这两种方式与DSP通信时，硬件上需要额外的接口电路，软件上需要编写接口电路的固件程序、驱动程序，上位PC机识别端口时需要调用相应的WindowsAPI函数，对开发人员技术能力要求较高，开发周期相对较长。并且其中较为高性能的双口的接待能够实现高速数据的传输，由此能够发挥较为重要的作用。本文首先分析了系统的组成与相应的工作原理，然后分析了依凭双口RAM的接口电路设计：接口电路硬件设计；双口RAM工作方式，最后分析了高速PCI 数据采集卡的应用。

关键词：DSP图像；处理系统；高速通信

举例一个图像信息处理板（简称图像版），此种主要是应用于图像数据之间的转换以及相应的输出，其中根据图像格式进行目标个数、大小、边界以及整个运行信息的处理，从而能够实现将多种信息传达给pc机的目的，实现相应的记录和分析的保存。图像板以DSP为核心进行设计，每隔1ms处理一次信息并生成大小为200个字（16bit）的一组数据。要将上述处理结果上传给PC机，并考虑数据间隙，通信比特率必须大于3.2Mbit/s。

一、系统的组成与相应的工作原理

其中基于双口的RAM的DSP与上位PC机高速通信系统由4部分够成：DSP系统、接口电路、高速PCI数据采集卡以及上位PC机。通常接口电路主要是以双口RAM、高速单片机为核心进行设计，用于识别和控制通信起始、数据暂存和电平转换；高速数据采集卡选用通用型PCI高速数字量卡，用于将接收到的并行数据转换成通用PCI通信方式，便于上位PC机软件接收。其中，为缩短线长，保证通信可靠性，可以将DSP系统与接口电路放在同一块电路板上。

二、依凭双口RAM的接口电路设计

接口电路的功能主要有以下3点：1）由于DSP为+3.3V供电，所选数据采集卡额定的数字高电平为+5V，因此接口电路需要实现+3.3V到+5V的电平转换。2）图像板每次处理完数据后以中断方式通知上位机开始上传数据，因此接口电路需要准确识别图像板发出的中断信号，以便控制通信的起始。3）上位PC机软件运行于操作系统之上，其语句延时精度不高，通过编程让上位PC机软件直接控制地址线、数据线端口读取DSP存储单元的方式，效率低，涉及方法复杂。而接口电路可以将图像板上传的数据进行整体暂存，然后上位PC机通过操控PCI数据采集卡，以固定的方式高效读取数据。

（1）接口电路硬件设计

双口的RAM用于实现DSP与后续高速单片机的数据共享，设计中选用IDT公司的IDT70T633芯片，其左口与DSP连接，右口与单片机连接。高速单片机用于控制双口RAM识别通信起始、读取数据，并以并行方式转发给后续的PCI数据采集卡，设计中选用SiliconLaboratories公司的C8051F120，该单片机执行速度最高可达100MInstruction/s（兆指令/秒），有64个通用I/O口，能够很好满足设计需要，其端口分配如表1所示。电平转换芯片用于将+3.3V的DSP数据转换成+5V的标准TTL电平，设计中选用16位总线驱动器SN74ALVC164245。

（2）双口RAM工作方式

接口电路设计的核心在于能够实现双口的RAM芯片IDT70T633的有效控制。双口RAM除了数据存储功能外，还提供2套完全独立的端口，每套端口分别有自己的控制线、地址线和数据线，允许双端口同时读写数据。IDT70T633是一款高速512k×18位的双口RAM，存储空间同样为左、右两套端口所共用，带片内总线仲裁电路，适用于两控制器之间大量数据的快速双向传递。

插入等待状态会降低数据传输速率，对于高速通信通常是不可接受的。当右方对7FFFEH存储单元写入数据时，左方产生中断信号（INTL置低）；左方从7FFFEH存储单元读取数据时，左方的中断信号被撤除（INTL置高）。可见，可以通过中断响应单元的读写操作来实现双口RAM两侧电路单元的实时高速通信。

三、高速PCI 数据采集卡的应用

其中高速PCI 数据采集卡选用国产阿尔泰 PCI2510 高速 数字量输入输出卡。由此，总线的设计其中需要链接电子计算机的主板和相应的外部设备的总线的标准。由此，需要能够实现采集卡的兼容性、自动的配置、扩展性好，以及实现中断共享的问题。阿尔泰 PCI2510 卡可直接插在 IBM - PC/AT 或与之兼容的计算 机内的任一 PCI 插槽中，具有 32 个与 TTL 兼容的高速通 道和 16 byte 的板载 FIFO 存储器，DMA 传输模式，最大传 输速率可达 120 Mbit / s。

结论

基于双口的RAM，配合单片机、电平转换驱动器以及 PCI 数据采集卡，设计的 DSP 图像处理系统与上位 PC 机 高速通信电路，已经在某光电信息处理平台和相应的测试 设备中得到应用，完全能够达到每 1 ms 传输 200 个字的 通信速度要求，并且运行稳定。这种设计方案具有通用 性，可以为单片机、ARM 或 FPGA 等嵌入式系统与上位 PC 机之间的高速数据传输提供借鉴。

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（作者单位：国防科大）