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基于EDMA的FPGA与DSP 像传输的设计与实现

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摘要：设计了在FPGA与DSP之间进行图像数据传输的硬件结构，介绍了EDMA的工作原理、传输参数配置和EDMA的传输流程。在开发的实验平台上实现了这一传输过程。借助TI公司的DSP调试平台CCS把接收到的图像数据恢复成图像，验证了传输过程的正确性和稳定性。

数字信号处理器(DSP)是采用数字计算方法对信号进行处理的专用芯片。由于其性能稳定，可大规模集成，编程性高和易实现等优点，被广泛应用。其中，以图像处理与DSP技术结合较为普遍，因为图像所包含的信息数据量大，而DSP的处理速度快，易于实现大量数据高速传输的特点能够满足这一要求。

目前，图像处理技术已在通信、信息、电子、航天及军事等领域得到广泛应用。与图像处理有关的系统设计中，FPGA加DSP构架是普遍的使用方法。为充分利用DSP的性能，需要在FPGA中对图像进行相应的预处理，再把图像数据传输给DSP进行处理。所以FPGA与DSP之间的数据传输技术变得不可或缺。

图像数据传输的速度与稳定性对整个系统的性能具有很大的影响。本文介绍了一种基于EDMA的高速稳定的数据传输方法，并在TI的DSP开发平台CCS下，对该方法的性能进行了测试。

1 方案设计

文中图像传输硬件系统结构如图1所示。该系统中采用Ahera公司的Cyclone3系列FPGA：EP3C80F484C6，Analog Device公司的视频解码芯片ADV7183，差分输入14位数据的LVDS接口和TI公司的TMS320C6416。该系统既可采集模拟视频信号，又可采集数字视频信号。模拟信号经过模数转换芯片ADV7183后变成数字信号，数字信号经由LVDS差分接口进入FPGA。为调试方便，模拟图像与数字图像统一使用320×256规格。DSP以EDMA方式接收，经过FPGA预处理后的图像数据，在CCS平台下进行显示以验证传输的正确性。

2 接口电路设计

DSP以EDMA方式从FPGA中读取数据，需要FPGA在内部配置一块大小适当的存储空间。FPGA作为一个存储器，通过DSP的外部存储器接口(EMIF)与DSP相连。硬件连接如图2所示。

图2所示为FPGA与DSP的硬件上连接示意图。实际使用时，并没有使用上述所有信号线。FPGA使用到的管脚如下：CLK，CE，A[19：0]，D[63：0]和INT。CLK是DSP提供的同步读写时钟，CE是DSP的片选信号，A[19：0]为地址线，D[63：0]地址线。INT为中断信号。

FPGA与DSP的传输机制：FPGA使用QuartusII开发平台往双口RAM中写数，写满后用中断管脚INT来通知DSP读数。DSP收到FPGA的中断信号后，开始读数。读数期间片选信号CE有效，FPGA把DSP片选信号CE作为双口RAM的读使能，在使能期间用DSP提供的时钟CLK读取数据。

系统中DSP提供给FPGA的时钟CLK为100MHz。接收模拟图像时，图像数据为8位，只使用D[7：0]8根数据线；接收数字图像时，图像数据为14位，使用D[15：0]16根数据线，高两位置0。数字图像与模拟图像均为320×256。

3 EDMA传输

TMS320C6000系列DSP中的，增强型直接存储器访问(EDMA)控制器执行所有二级高速缓存/内存控制器与外设之间的数据传输。

EDMA控制器包括事件和中断处理寄存器、事件编码器、参数RAM和地址产生硬件电路。事件是触发EDMA启动的同步信号，事件寄存器用于捕获EDMA事件。事件编码器解决多个事件发生时事件的优先级问题。对应事件的传输参数存储在EDMA参数RAM中，并且传递给地址产生硬件单元，进行寻址EMIF或外设执行相应的读写操作。

3.1 传输流程

使用EDMA数据传输的方法有两种，一种是CPU初始化的EDMA；第二种是事件触发的EDMA。所有的EDMA通道都有一个特定的同步事件与之对应，如外围设备事件、外部硬件中断或EDMA传输完成事件都可以同步触发EDMA的传输。当通道对应的同步事件发生或由CPU同步该通道时，通道就完成一次数据传输请求。由事件触发的EDMA传输实时性好，是一种常见的传输方式。系统采用的就是事件触发模式，触发信号就是FP GA给DSP的中断信号。图3为EDMA的传输流程。

3.2 EDMA配置

同步事件发生时，EDMA传输的数据大小和源目的地址由参数RAM中的参数决定。访问EDMA的参数RAM时需要通过外围总线。EDMA传输参数，如图4所示。

选项(OPT)部分主要用于传输数据的最小单元、数据传输的源地址和目的地址的寻址模式。系统中的最小传输单元为1 Byte，源地址设置为一维源，目的地址设置为二维源。数据传输模式为帧同步。传输数据块的行数设置255(实际传输行数为256)，列数设置为320。

源地址(SRC)设置了源数据所在的地址，系统该参数配置为0xA0000000，指向FPGA目的地址(DST)设置了数据要被传输到的存储空间的地址。

实现传输过程为把一幅320×256Byte的图像从FPGA缓存到了SDRAM中。传输14位的数字图像时，一个像素的图像数据占用2Byte，所以要把选项(OPT)中的最小传输单元改为2Byte。

3.3 程序实现

相应的EDMA通道初始化完成后，使能并打开相应的中断。FPGA每产生一次EDMA同步事件，即往INT管脚发一次中断信号，EDMA就能完成一次指定要求的传输，然后等待下一次同步事件。

4 实验结果

DSP提供给FPGA的时钟为100 MHz，传输一幅320×256的图像需要约为0.8 ms。传输速度较快，可以满足图像快速传输以及实时处理的要求。TI的开发平台CCS可以观察存储器中的数据，并把收到的存在存储器中的数据显示成图像，从而可以验证传输的正确性以及稳定性。数据源为模拟图像时，相机拍摄的原始图像和DSP收到的图像如图5和图6所示。