針對飛行試驗中飛行時間受存儲容量限制的問題,設(shè)計出一種可以實時壓縮PCM碼圖像數(shù)據(jù)的遙測記錄存儲器。該記錄器采用DSP+ARM+FPGA架構(gòu)設(shè)計,使用H.264算法對圖像進行實時壓縮,節(jié)省存儲空間延長飛行時間;選用雙口RAM的DSP-FPGA接口,簡化布線空間提高傳輸速度;運用星載大容量NAND FLASH管理方法,解決信息存儲失敗及故障掉電問題;提出一種裸機與系統(tǒng)編程并存的開發(fā)模式,安全可靠并不失靈活。最后通過實驗證明,DSP與FPGA的互聯(lián)接口實現(xiàn)了高達34 MB/s的傳輸速度,最高兼容272 Mb/s碼率;H.264壓縮算法應(yīng)用于遙測采集平臺切實可用,對2個多小時的圖像數(shù)據(jù)壓縮可以達到88倍的壓縮比,即最低延長88倍飛行采集時間。 

【文章來源】：火力與指揮控制. 2020,45(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【圖文】：

DSP-FPGA接口由于本系統(tǒng)需要FPGA實時傳遞解析后的圖像

量、高速率的遙測記錄器，賦予飛行器超遠距離采集能力。1系統(tǒng)架構(gòu)問題多核架構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展主要以SOC（SystemonChip，片上系統(tǒng)）為主，其中ARM提供控制處理能力，DSP提供計算能力，F(xiàn)PGA提供并行處理能力［3］，因此，遙測記錄器要適應(yīng)多樣化的采集條件，向多核架構(gòu)轉(zhuǎn)變實屬必要。多核架構(gòu)的開發(fā)模式多以linux為主，其開發(fā)工作主要集中在平臺移植，然而實際遙測環(huán)境中存在沖擊、震動等惡劣因素，故而選用最合適也最為安全的裸機開發(fā)方法，但是裸機開發(fā)模式下實現(xiàn)H.264圖像壓縮算法又將帶來新的難題［4］，如圖1所示，故本文的重點工作就是解決這些難題并對平臺進行優(yōu)化。圖1待解決問題2解決方案2.1接口問題與解決多核SOC最難避免也是最直接的一個問題就是接口問題，包括DSP與ARM的通信問題、FPGA與DSP的接口選擇問題等等，前者的最佳解決方案是利用達芬奇架構(gòu)，采用融合DSP與ARM核的DSP芯片來實現(xiàn)。后者經(jīng)過多年的發(fā)展，解決方案根據(jù)不同的情形有多種的選擇，如圖2所示。圖2DSP-FPGA接口由于本系統(tǒng)需要FPGA實時傳遞解析后的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較大，所以接口選擇EMIF（ExternalMemoryInterface），并采用異步傳輸模式。FPGA端編寫一個雙口RAM作為DSP的外部SRAM，流程如圖3所示。圖3接口操作流程·136·1662

圖4存儲選型在傳統(tǒng)的壞塊管理方案中，塊屬性信息僅在每塊的空余區(qū)和存儲控制CPU的緩存中記錄，當(dāng)NANDFLASH達到最大使用壽命而出現(xiàn)壞塊時，繼續(xù)對壞塊操作無法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與安全性。CPU緩沖中數(shù)據(jù)掉電丟失，再次上電還需掃描空余區(qū)重建塊屬性信息。因此，用空余區(qū)標(biāo)記的方式對使用壞塊進行標(biāo)記可能出現(xiàn)標(biāo)記失敗，無法正確識別壞塊。所以本文采用一種應(yīng)用于星載存儲器的獨立存儲壞塊信息的方式［6］，在NAND中構(gòu)建一塊壞塊信息管理專屬區(qū)，主要解決信息存儲失敗或故障掉電引起的壞塊信息更新不完全問題。圖5NAND管理流程圖2.3軟件設(shè)計與實現(xiàn)遙測采集作業(yè)中，除了對硬件系統(tǒng)要求必須達到工業(yè)級別外，對軟件的設(shè)計也有一定的限制：遙測記錄器無法與地面基站實時通信，采集過程中不允許發(fā)生類似windows系統(tǒng)的未響應(yīng)錯誤，所以軟件編程必須嚴(yán)謹(jǐn)有效，采用循環(huán)加中斷的裸機開發(fā)。而相對地面上傳則沒有太多要求，可以搭建linux系統(tǒng)來進行傳輸，因為其不僅能提供完善的網(wǎng)絡(luò)層傳輸協(xié)議，而且附帶的測試工具以及調(diào)試模式都會加快系統(tǒng)的開發(fā)周期［7］。圖6軟件分區(qū)圖裸機模式下的H264編碼存儲是本系統(tǒng)的關(guān)鍵工作，本文軟件編寫在windows系統(tǒng)下的CCS3.3中完成，通過XDS560PLUS仿真器實時調(diào)試，編程端分為C6400PLUS_0子端編程和ARM926_0子端編程［8］。ARM與DSP共享4G內(nèi)存空間（有部分內(nèi)存屬于各自獨有），雙核通信通過達芬奇特有的中斷結(jié)構(gòu)進行：首先把數(shù)據(jù)放在兩方能夠訪問的內(nèi)存上，然后給對方一個中斷，對方在中斷中接收傳遞過來的數(shù)據(jù)，傳遞過程等待用函數(shù)wait_XXX_sync（）實現(xiàn)。本文重點實現(xiàn)H264算法裸機編程，所以對ARM啟動流程不作詳細解釋，其啟動流程需要注意的有：1）上電啟動模式不能選擇NANDFLAS

【參考文獻】：
期刊論文
[1]飛行試驗信息化管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 徐茜.  計算機測量與控制. 2019(04)
[2]基于ARM-Linux平臺的USB數(shù)據(jù)存儲設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 焦新泉,袁小康,儲成群.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2019(06)
[3]基于高速eMMC陣列的視頻存儲系統(tǒng)設(shè)計[J]. 丁紅暉,馬游春,張衡,顧澤凌,楊明遠,吳正洋.  儀表技術(shù)與傳感器. 2019(01)
[4]基于Davinci技術(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 張亞昕.  工業(yè)儀表與自動化裝置. 2018(01)
[5]嵌入式Nor Flash數(shù)據(jù)安全存儲系統(tǒng)設(shè)計[J]. 方彬浩.  計算機產(chǎn)品與流通. 2018(02)
[6]一種高可靠星載大容量存儲器的壞塊表存儲方案設(shè)計[J]. 李姍,宋琪,朱巖,安軍社.  微電子學(xué)與計算機. 2016(04)
[7]基于DSP的H264數(shù)字視頻服務(wù)器設(shè)計[J]. 劉旭,葛軍.  電子技術(shù). 2014(11)
[8]基于TMS320DM6446的X264編碼器的移植和優(yōu)化[J]. 郭昕,蘇寒松.  電子器件. 2012(04)

碩士論文
[1]基于異構(gòu)SoC的無人船自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計[D]. 冉文.海南大學(xué) 2018



本文編號：3486703