图像采集与处理系统的USB通信接口设计

　　1 引言

　　目前国内各大烟草制造企业的香烟包装都是在高速流水线上进行的，设备自动化程度 高，机械和电气控制复杂，生产中经常产生包装不合格的产品。目前的解决方法主要是通过 采集卡将烟包图像传输到工控机中，应用图像处理技术[1]，检测出不合格的产品。这是一种 PC-based 的检测方法。现有的采集卡一般不具备图像处理的能力并且多是PCI 接口，存在 安装和使用不方便，不支持热插拔等问题。

　　本文提出了一种应用TI 公司高性能DSP 处理器TMS320DM642，视频解码器和Altera 新推出的CPLD EPM240 组成的嵌入式的具有初步图像处理功能的采集系统[2]。应用USB 接口将检测到的不合格产品图像信息实时传输到工控机上，供生产人员做进一步分析和统计 包装中出现的问题，以及时对生产设备进行维护，降低企业生产成本。

　　2 系统设计

　　DSP 处理器[3]的视频口接收视频解码器输出的视频数据，采集一帧图像，通过EDMA[4] 将缓存在视频口FIFO 中的数据搬移到SDRAM 中。经过图像处理判定有无反包，拉线错位 及破损等错误。若要剔除烟包，工控机发出读请求唤醒USB 芯片EZ-USB SX2(CY7C68001) [5]，DSP 启动EDMA 将SDRAM 中的图像传输到USB 的FIFO(EP6)中。系统框图如图1 所示。

图1 系统结构图

　　DM642 是TI 公司推出的一款面向多媒体应用的定点数字信号处理器，设计主频为 500～ 720MHz，采用C64x 内核，2 级存储器结构，同时片上还集成了视频口(VP)，外部 存储器接口(EMIF)等丰富的资源。DM642 特有的EDMA 负责片内L2 存储器与其他外设 之间的数据传输。EPM240Z 是Altera 最新推出的MAX II Z 系列CPLD。该系列采用非易失 的嵌入Flash 工艺，以及创新的查找表(LUT)逻辑结构，突破了传统宏单元器件的成本和功 耗限制。在MAX 系列基础之上，功耗只有十分之一，而容量增加了四倍，性能提升了一倍。

　　EZ-USB SX2(CY7C68001)集成有USB2.0 收发器，串行接口引擎SIE，4KB 的FIFO， 可以选择的8 位或16 位总线方式。片上SIE 能完成大部分的USB 协议操作，简化了用户设 置代码，但由于其内部不含微处理器，应用层协议由DSP 编程实现。

　　3 USB 通信接口硬件设计

　　系统中将 SX2 配置在DM642 的CE1 空间，四个端点(EP2,EP4,EP6,EP8)的地址空 间是0xA0000000~0xA0001BFF。控制接口(EP0)的地址空间为0xA0002000~0xA000203F。 CY7C68001 与DSP 之间使用异步读写方式完成二者之间数据和命令的交换。中断信号占用 DM642 的外部中断EXT_INT5，四个状态信号(READY、FLAGA、FLAG 和FLAGC)和 唤醒信号分别配置在EPM240G[6]中的USB 状态寄存器(USB_STS)和USB 唤醒积存器中 (USB_WAKEUP) 。EPM240G 占用DM642 的CE1 空间， 地址范围是 0x9A080000~0x9A080020。接口电路如图2 所示。