项目需求分析.doc

基于DSP的自动着陆系统的方案论证 1.背景 现代社会无人机已经成为各国军事的重要组成部分，由于无人机可进行悬停，后飞等等其他传统飞机所不能比拟的机动性能，现阶段，无人机的自主降落已经成为各个军事大国和研究小组的研究热点，针对无人机的着陆的特点，应用图像处理与图像分析将能使其的控制性能和导航有进一步的的提高，图像处理着重强调在图像之间进行的变换。虽然人们常用图像处理泛指各种图像技术,但比较狭义的图像处理主要指对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果并为自动识别打基础,或对图像进行压缩编码以减少对其所需存储空间或传输时间、传输道路的要求。图像分析则主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量,以获得它们的客观信息,从而建立对图像的描述。如果说图像处理是一个从图像到图像的过程,则图像分析是一个从图像到数据的过程。这里数据可以是对目标特征测量的结果,或是基于测量的符号表示。它们描述了图像中目标的特点和性质。对图像的处理和分析一般可用算法的形式描述,而大多数的算法可用软件实现,只有在为了提高速度或克服通用计算机限制的情况下才用特别的硬件。2. 系统需求分析要点：TMS320C2000MCU开发板 CCD摄像头TMS320DM642 HY57V283220T在Linux系统中，一个进程在同一时刻只能处理一项任务，通过使用多个控制线程（或简称为线程），可以使每个线程可以处理独自的任务，从而达到更高的效率1。多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式，具有提高应用程序响应、使多CPU系统更加有效、改善程序结构等优点，在嵌入式Linux开发中占有举足轻重的位置。初步打算应用TMS320C2000MCU开发板，通过外加摄像头对目标区域进行扫描，按照一定算法达到识别目标图案的目的，然后对图像进行分析处理再反馈到无人机上，从而控制无人机的自动着陆。TI公司出品的高性能数字信号处理芯片微处理器TMS320C2000MCU，其系列拥有32位架构、高级外设、高度的模拟集成以及从32至256引脚等多个封装版本，能使各种应用实现卓越的性能及实时控制功能，可充分满足运行模式识别等复杂图像处理识别算法的要求。我们利用如下的过程框图进行无人机的着陆控制。3. 具体系统流程：3.1摄像设备及图像转换电路摄像头重量要轻，体积和功耗要小。采用TVP5150A图像解码芯片将CCD摄像头采集到的模拟视频信号转换成数字视频信号。TVP5150A的配置是通过标准的IIC总线来完成的，是由串行数据输入/输出线（SDA）和时钟输入/输出线（SCL）组成。通过IIC总线更改TVP5150A的各个功能寄存器的设定值，可以对转换新号的亮度，色度，尺寸等信息进行调整。进行图像采集，利用摄像头采集图像，然后基于V4L2(Video for Linux two)实现。V4L2是Linux中关于视频设备的内核驱动，基于V4L2的视频编程一般都遵循一定的流程：打开视频设备，读取设备信息，更改设备当前设置，通过内存映射或者直接从设备读取进行视频采集，处理所采集的数据，关闭视频设备。具体到本系统中，为该线程设计流程图如图1所示。图1 视频采集线程流程3.2视频接口电路TMS320DM642的视频接口（VP口）支持ICU-RBT.656的格式数字视频流输入，能够与TVP5150A输出的视频流进行无缝连接，通过使芯片内部的增强型直接存储器（EDMA），当达到采样触发阈值后，EDMA自动完成采样图像从VP口FIFO存储区到外部的SDRAM的转移存储。3.3图像处理部分视频处理器作为微型视觉系统的核心部件，必须试用图像处理的特点。即有专门的硬件单元来完成大量的乘法和加法运算。TMS320DM642是TI推出的一款数字媒体应用的高性能32位定点的DSP，基于TI的第二代高性能超长指令集结果，具有64个32位的通用寄存器，2个硬件乘法器和6个算术逻辑单元。其工作主频最高可达720MHZ。最多可处理8条指令。处理能力达到5760MIPS。内部集成PCI、IIC等多种接口，方便总线扩展。其强大的数据处理系统以及丰富的片上外设非常满足条件。3.4外部存储器SDRAM存储器选用HY57V283220T芯片，用于缓存待处理和处理后的图像信息。HY57V283220T采用4Banksx1Mx32位的存储模式，3.3V供电，时钟频率133MHz。视觉系统中共使用，组成4MX64位的存储模式，相当于32MX8位的存储容量。采用64位数据总线宽度按，就可以同时读/写8个8位像素信息。有利于克服大数据量图像处理过程中，由于DSP对SDRAM中构建多个缓冲存储区，分别用于图像处理过程中的各个阶段。Flash外部存储器选用Am29LV033C芯片，用于存储DSP芯片的固件运行程序。Am29LV033C采用4Mx8位的存储模式，是一款低电压（3.3V供电），低功耗（睡眠模式工作电流200nA）的Flash存储器，访问速度可以达到70ns，数据完好保存20年，可擦写1000000次以上。在容量，功耗及速度上都能够满足无人机视觉系统的要求。3.5串行通讯电路TMS320DM642通过EMIFA接口连接通用异步收发器（UART），用以和地面站及飞行控制系统通讯，接收控制指令和输出位姿，高度等信息。4.电源选用锂离子电池构建供电电池组，具体方案为5个锂离子电池串联成一组，输出18V（3.6x5）电压。视觉系统硬件电路，需要四种不同的供电电压。分别是：+3.3V（外部存储器，DSP外部I/O，视频格式转换电路，通用异步收发器，时钟芯片），+1.4V（DSP的内核），+1.8V（视频格式转换电路）和+12V（摄像头，数传电台）。5.时钟部分本系统除14.31818MHz采用外部晶体振荡器提供时钟外，其余3种始终频率都由CY22381芯片提供，它是一种可编程时钟芯片。其外部电路极其简单，只需连接晶体振荡器及供电电源。芯片可同时输出3种不同的时钟频率，驱动能力强，并能产生特殊的频率值（最大可达200MHz）。输出时钟信号频率由软件设计，频率输出现场可编程，非常适用于多种高频时钟源的系统。本文应用C2000开发板进行图像处理，使用了在Linux嵌入式编程中经常使用的多线程技术，很好的完成了效果的演示。在嵌入式系统中完成图像处理，使得该应用范围更加广泛。本文中的图像识别，实例可以很好的应用在小型飞行器的自主导航降落上。采用多线程技术，可以更充分的调用开发板的硬件资源，使算法效率更高；而使用双核处理器，尽可能的将核心算法与控制分开，也使得整个系统更容易调试，也更容易开发。针对该系统运用于自主降落领域，有以下工作展望：如果添加触摸屏