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(多图) 可适应多种时序情况的DMA控制器设计

电子设计工程 北京思比科微电子技术股份有限公司 赵晓海?? 2011年03月25日 ?? 收藏0

  目前,以手机为代表的移动终端设备已经成为集图像、游戏、商务等多种功能于一体的工作和娱乐平台。此平台为了给用户提供丰富和高质量的视觉享受,大都设置图像协处理器,由其来完成数字图像的采集、处理、压缩、存储等功能。然而,高速度和高分辨率已经成为数字图像的方向发展,它们对图像协处理器的设计提出了更高的要求。

  为了使图像协处理器能够更快地存储更多的数字图像,这里介绍一种以SD卡为图像存储器件的图像协处理器。采用SD卡存储图像数据有两方面的原因:1)SD 卡体积小、功耗低,非常符合移动终端设备的系统要求;2)SD卡的存储容量非常大,目前最高可达到32GB,另外其最高时钟频率为25MHz,读写的极限速度可以达到12.5MB/s。所以SD卡对于分辨率越来越高、速度越来越快的数字图像,无疑是理想的存储器件。

  但SD卡控制器对DMA接口的灵活性有较高要求。这首先有协议方面的原因,SD卡控制器每次读或写卡的数据量应为512字节的整数倍但在图像协处理器中提供数据的基带芯片写入数据时可能被某个中断源打断,故不能保证每次都连续写入512字节整数倍个数据,所以DMA接口的控制器在此情况下必须能够使SD卡控制器在写完已有数据后暂停写卡操作;其次有速度方面的原因,基带芯片写数据的速度与SD卡控制器写SD卡的速度有很大差异,当基带芯片要写入新的数据时,极有可能SD卡控制器还在通过DMA接口读取数据,所以DMA控制器此时必须能够使基带芯片的写入和SD卡控制器的读出互不干扰。

  本文所设计的可适应于多种时序情况的DMA控制器,被应用于该图像协处理器之中后,能够很好地解决上述问题。

  1 图像协处理器的系统结构

  图1所示为该DMA控制器所处图像协处理器的系统结构,下面将对其的系统构成和数据流程做详细说明。

图像协处理器的系统结构

  1.1 系统构成

  基带芯片为移动终端设备的系统控制核心。其通过外部存储器接口总线(External eMI,Memory Interface bus)与该图像协处理器的控制端口相连。基带芯片不仅控制着图像协处理器所有模块的工作模式,而且负责图像数据的传送。EMI总线数据线宽度为16位,其控制的图像显示终端为分辨率为320x240的LCD。

  图像传感器(sensor)为感光器件,其将接收到的光信号转为电信号,并在内部通过模拟/数字转换产生数字图像,在该图像协处理器设计中采用分辨率为640x480的图像传感器,其的工作时钟为24 MHz。

  图像处理模块,即ISP(Image Signal Processing)模块被用于图像处理,包括去坏点、去噪声、边界增强等功能。

  图像压缩模块被用于对图像处理模块输出的YUV422格式数据进行JPEG压缩。

  SD卡控制器模块负责与SD卡的命令和数据交互,所有对SD卡的操作都由基带芯片配置SD卡控制器的相关寄存器完成。其与SD卡的接口包括CLK(SD卡的时钟信号线)、CMD(SD卡的命令线)、DATA0~DATA3(SD卡的4根数据线)。在与SD卡的数据交互中,一般是以block(512字节) 为单位的,并且在启动写卡命令之后,SD卡控制器必须在250 ms(SD version 2.0)内将所有数据写入SD卡中。

  DMA控制器为基带芯片与SD卡控制器的接口模块,用于对写卡数据和读卡数据做暂时存储。其的本质功能是协调基带芯片和SD卡控制器之间的速度差异。存储数据的DMA存储器容量为5 120字节,即10个block数据。

  1.2 数据流程

  在该图像协处理器中,所有模块时钟频率均为48 MHz,其被2分频之后送至图像传感器,图像传感器以24 MHz频率送出格式为YUV422的640x480图像。

  该图像协处理器有2种模式:图像预览模式和连拍模式。图像预览模式用于拍照前的图像预览,拍照者可以在LCD上看到将被拍下的图像。连拍模式用于连续拍摄图像,并将每一幅拍下的照片存入SD卡当中。

  1.2.1 图像预览模式的数据流程

  在图像预览模式下,图像传感器以24 MHz频率送出分辨率为640x480且格式为YUV422的图像,帧率为30帧/s。数据被48 MHz系统时钟同步后送入图像处理模块。图像处理模块将针对图像传感器的特点对图像进行处理以提高图像质量,然后将图像分辨率从640x480缩小至 320x240以适应LCD的显示分辨率,并将数据格式从YUV422转为RGB565。最后,基带芯片通过EMI接口将图像数据读出,直接写入LCD的显示缓冲区后在LCD上显示出来。


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时序? DMA控制器? 基带芯片? 图像处理?

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