基于TMS320DM368的高清显微镜系统设计

摘要：对基于Davinci技术的TMS320DM368处理器为核心的高清数码显微镜进行了研究。提出了基于TMS320DM368的高清数码显微镜的设计方案，解决了高清数码显微镜的携带不便、体积大、高清和昂贵等问题。该高清数码显微镜充分利用了TMS320DM368强大的多媒体处理功能，对外接口齐全，功能完善，体积小巧，集成度高。该处理器拥有DSP和ARM两个内核，提高了显微镜的图像处理能力。

关键词：数码显微镜；DSP；ARM；TMS320DM368；Davinci

中图分类号：TH742文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)23-5709-03

随着多媒体技术的飞速发展，人们对于嵌入式图像采集和处理系统的要求越来越高。高像数、图像清晰的数码显微镜产生了。高清数字显微镜可以代替人眼观察，从而克服人眼由于长时间的观察后的疲劳还可以便于后续的图像处理和存储。高质量的图像处理和低成本是可携带数码显微镜最为重要的部分。通过高清数码显微镜可以实现对显微镜监测对象实时、远距离监测，并且监测图像或者视频信息还可以永久的保存下来，进一步对图像分析、处理。

早年，数码显微镜已经被广泛使用，但是它的分辨率比较低，质量也不是很理想。在该文中，提出了一个基于TMS320DM368的数码显微镜系统，TMS320DM368芯片是以ARM926EJ-STM为核，拥有两个视频图像协处理器（HDVICP和MJCP），广泛运用于图像和视频的系统。该文结合了ARM和DSP两个部分，将图像处理模块和控制模块结合起来，目的是为了得到一个高质量而且能降低费用的显微镜。因为低成本，高集成度和动态范围宽的优势，所以我们选用CMOS作为这种成像系统中的光学成像传感器。

整个系统尺寸小、集成度高、功能强并且通信方式多样常见，所以在实用性和推广性上都有着一定的优势。

1高清数码显微镜系统架构

传统的网络视频监控系统的整体框图如图1所示。从中我们可以看出首先通过显微镜观察样片或标本，将样片或标本成像于CMOS图像传感器的像面上，然后通过CMOS图像传感器采样捕捉图像直接将模拟图像信号输出为数字图像信息，并利用USB2.0接口直接输入到计算机中进行存储和显示，并在计算机中进行各种相应的分析处理。[1]

图1传统数码显微镜系统原理框图

该文所涉及的数码显微镜是以TMS320DM368为核心，用图像传感器作为图像采集设备来实时采集高清的数字图像数据，采集的数据可以利用BNC端口作为模拟视频信号在显示器上显示，并通过H.264压缩编码视频，同时将结果实时地通过网络接口传输到远程的客户端。用户可以利用客户端软件，通过IP地址定位数码显微镜，实时监视远程监控录像画面，并能通过网络向数码显微镜发送控制指令。

根据上图的高清数码显微镜结构，整个高清数码显微镜可以分为核心处理模块；网络传输模块；外设模块；存储模块；信号采集；电源模块。该文主要对核心处理模块和存储模块进行介绍。

2硬件设计

2.1核心处理模块

TMS320DM368是基于DaVinci的系统结构，其主要特点是ARM和DSP的完美融合。利用ARM擅长任务协调的特点，处理各种控制程序。作为系统核心，调度整个高清数字显微镜的运行；然后将所有高复杂度的图像处理算法和图像识别算法全部交由计算能力强大的DSP部分完成。

DSP即数字信号处理器，其主要特点就是能够进行大量的乘加运算，拥有高速计算能力，并且DSP的数据和程序分离存储，这样充分利用了所有线宽，进一步加速了DSP的处理速度;而ARM处理器尽管没有DSP那么迅速的图像处理速度，但是ARM支持实时的操作系统，拥有全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等嵌入式操作系统，擅长于嵌入式程序之间的线程调度和任务管理，所以ARM被用来负责系统通讯、数字显微镜整体控制和进程管理等任务。

TMS320DM368中的ARM子系统采用一个ARM926EJ-S内核和一个MJCP协处理器的设计，拥有32KB内部RAM和16KB的ROM、中断控制器、锁相环(PLL)控制器、电源管理模块等。ARM子系统管理和协调芯片内其他功能模块的工作。整个ARM子系统采用流水线的工作方式执行系统控制任务，例如系统的初始化、参数配置、电源管理和用户功能等。ARM较大的程序存储量和迅速的任务切换能力，使得它适合复杂的、多线程的任务调控。ARM子系统包含两种工作状态：ARM(32-bit)模式和Thumb(16-bit)模式。

ARM的中断控制器(ARM INTC)支持64个中断通道(16个为外部中断)，包括了快速中断请求(FIQ)和中断请求(IRQ)，并且为各种中断加入了优先级设计，其中FIQ两个层级，IRQ拥有六个层级。整个控制器通过中断入口表配置中断优先级，这样可以减少中断处理时间。

两者之间的通讯方式如图3所示，可以很清楚的看到ARM可以访问DSP的片内存储器，包括L2RAM和L1P/D，DSP也可以访问ARM的片内存储器，并且ARM和DSP共享DDR2和AEMIF，其中AEMIF是指异步的外接存储器接口（Asynchronous External Memory Interface）。因此通常情况下ARM只需要将处理数据的地址指针传递给DSP，而不需要大量的数据传输。系统中的DSP和ARM通过2个内核相互中断实现通信，ARM使用DSP的4个通用中断和1个不可屏蔽中断来控制DSP；而DSP通过两个中断来中断ARM。DSP的电源、时钟、复位都是由ARM进行控制[2]。

2.2存储模块

整个存储模块使FLASH和SDRAM两种存储方式。SDRAM是一种同步动态随机储存器[3],存储速度远远高于FLASH存储器，但是数据无法掉电保持。而FLASH是掉电后还能保持的存储器，可以多次擦写和再编，主要用于内核和文件系统的存储。