主頁（http://www.by236.com）：基于DM642的鐵路路障視頻報警系統設計 【中國集群通信網】鐵路路外傷亡事故時常發生，給人民生命財產造成了巨大損失，給列車正常運行帶來了極大危害。京津城際鐵路客運專線以及武廣客運專線的順利開通，對列車運行安全提出了新的要求。列車速度快、慣性大，僅憑列車司機肉眼來判別路障，很難保證路障的有效檢測，并且即使發現路障，采取措施往往為時已晚。這就迫切需要一套有效檢測鐵路路障并能遠距離及時為列車司機提供報警的裝置。本文實現的鐵路路障視頻報警系統能夠有效提取直線和曲線鐵軌框架，以確定有效報警區域，不僅適用于鐵路平交道口，還適用于鐵路轉彎處、隧道出入口以及隧道內，具有更廣泛的應用場合。1 系統組成 傳統視頻監控系統的基本信號為模擬信號，其傳輸距離短、擴展能力差，而且視頻信號的存儲會耗費大量的存儲介質;基于PC的視頻監控系統雖然功能較強，便于現場調試，但其穩定性差、結構復雜、可靠性不高，不適用于室外惡劣的工業環境。本文設計了一種基于DSP、視頻圖像處理技術和無線報警技術的嵌入式鐵路路障視頻報警系統。該系統可脫離PC機使用，系統的整體構架是將攝像機安裝在需要監控的鐵軌路段，采集視頻圖像傳送給DSP處理器，根據相應的圖像處理程序進行處理和分析。如果存在路障，則通過無線通信將報警信號發送到安置于列車上的無線接收裝置，機車司機根據報警信號采取相應的應急措施，從而避免事故的發生。 2 系統設計方案 2.1 系統硬件設計 系統外圍配置可分為5大模塊：電源管理模塊、時鐘模塊、EMIF內存擴展模塊、可編程邏輯模塊和無線收發模塊。為了提高主控芯片與外圍芯片的接口性能，盡量選用與主控芯片同一生產廠家的外圍芯片。 2.1.1 TMS320DM642 DSP及TVP5150PBS TMS320DM642是TI公司于2002年推出的一款高端專用視頻處理芯片[3]，其最高工作主頻可達720 MHz，處理能力可達5 760 MIPS。DM642使用兩級緩存，具有豐富的外圍配置：3個可配置的視頻端口(VP0、VP1、VP2)、1個以太網控制器(EMAC)、1個管理數據輸入輸出(MDIO)、1個內插VCXO控制接口、1個I2C總線、3個32 bit通用定時器、1個用戶配置的16 bit或32 bit主機接口(HPI16/HPI32)、1個PCI、1個16引腳的通用輸入輸出口(GP0)、1個64 bit外部存儲接口(EMIF),支持異步存儲器和同步存儲器直接接口，共有1 024 MB可尋址外部存儲空間。 TVP5150PBS芯片是TI公司推出的一款高性能視頻解碼芯片[4]，本系統選用它作為視頻信號輸入格式轉換芯片。TVP5150PBS功耗低、體積小，正常工作時，功耗僅為115 mW。支持NTSC/PAL/SECAM等格式，輸入信號按照YcbCr 4：2：2的格式轉化成數字信號，以8 bit內嵌同步信號的ITU-RBT.656格式輸出。 DM642和TVP5150PBS連接構成系統的圖像采集部分。DM642通過I2C總線實現對TVP5150PBS芯片的操作，系統將VP0配置為單通道視頻輸入口，INTREQ為DM642的VP口的CAPEN信號，用來控制VP口對數據視頻流進行采集;SCLK為DM642提供2倍像素時鐘信號，用來控制DM642的視頻口對像素信號的采集;當DM642的視頻口作為8 bit視頻口時，使用10 bit數據總線中的高8 bit，即VP0_D[9:2]. 2.1.2 電源管理模塊 電源模塊在系統設計中起著重要作用。特別是在高速電子設計中，穩定可靠的電源供電是系統能否正常工作的關鍵。本系統的電源管理模塊分為供電電路和電源監測電路。 (1)供電電路 DM642芯片需要2個獨立的電壓：1.4 V的內核電壓和3.3 V的I/O以及其他外圍芯片的電壓。TI公司的DSP并不要求內核供電與I/O口供電有特殊的上電順序，然而，設計時必須保證當其他供電值低于合適的操作電壓時，系統所有供電的上電時間不超過1 s，否則極易對芯片造成損害。從系統級考慮，總線競爭要求按順序上電，即內核上電不晚于I/O口。為解決這一問題，本系統選用2片TI公司的TPS54310分別提供這2種電壓，在電路設計時，將TPS54310(1)的PWRGD引腳連接到TPS54310(2)的SS/EN引腳[5]，即可保證DM642內核上電早于I/O的上電。 (2)電源監測電路 為了保證DM642芯片內核電壓和I/O電源未達到要求電平時，系統處于復位狀態，當電壓下降至設定值時，產生復位信號，并且允許系統在任意時刻都可以通過復位來調整工作狀態。設計中選用TI公司的TPS3823-33芯片，對系統中使用最多的+3.3 V電壓進行監測，提高系統的可靠性。 2.1.3 時鐘模塊 在設計DSP系統時，應盡量使用DSP片內鎖相環(PLL)，以降低片外時鐘頻率，提高系統穩定性。CLKMODE[1:0]和AEA[20:19]主要用于對系統時鐘的設置。本系統的輸入時鐘CLKIN為50 MHz，將CLKMODE[1:0]設置為10，即片內PLL設置為×12，則CPU內核頻率為600 MHz;ECLKIN=133 MHz，將AEA[20:19]設置為00，則EMIF的時鐘為ECLKIN，即133 MHz。為使得到的時鐘頻率抖動最小，必須利用干凈的電源為DM642的外部晶振電路供電，同時，最小的CLKIN上升和下降時間也要考慮。系統中所使用到的時鐘頻率還有視頻解碼芯片所需的14.31818 MHz。以上用到多個不同頻率的時鐘信號。 2.1.4 EMIF內存擴展模塊 由于系統主要用于視頻圖像處理，所以運行過程中會產生大量的數據。考慮到系統程序運行也要占用大量的存儲空間，DM642內部僅有的256 KB的SRAM已不能滿足系統正常運行的需求。DM642提供了1個64 bit EMIF接口，該接口有64 bit數據線、20根地址線以及一系列控制總線，方便用戶擴展外部存儲空間。系統采用2片Hynix Semiconductor公司生產的HY57283220(4Banks×1 M×32 bit)構成4 M×64 bit的外部RAM空間，同時選用了一片AM29LV033C的FLASH芯片構成4 M×8 bit的外部ROM空間。需要注意的是，DM642的CE1子空間除了分配給FLASH外，還分配給狀態/控制寄存器，故提供給FLASH的地址線只有19根，另外3個頁地址由FPGA提供。 2.1.5 可編程邏輯模塊 可編程邏輯器件在數字系統設計中已得到廣泛應用，這類器件可以通過軟件編程而對其硬件結構和工作方式進行重構，使硬件的設計如同軟件編程一樣方便快捷，具有極大的靈活性和通用性。 本系統中由于要給外部FLASH提供3個頁地址并給無線發送模塊提供報警信號，選用ALTERA公司的FPGA器件EPF10K10LC84。設計中采用的硬件描述語言為VHDL語言。輸入信號有：RESET復位信號，系統地址總線的3、4、5、6、7、22 bit;CE1空間片選信號;系統數據總線0~7 bit。輸出信號有：FLASH的片選信號;8 bit數字I/O輸出口;FLASH頁地址輸出口[6]。
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