Ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 基于ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２的二维码识读器设计 魏彦 （深圳职业技术学院计算机应用工程系，广东深圳５１８０５５） 摘 要：介绍了基于ＴＩ的视频应用芯片ＴＭ￥３２０ＤＭ６４２的二维码识读器的设计方法。使用 ＴＶＰ５１０２和ＳＡＡ７１０４进行输入图像的采集和回放，重点讲解了ＤＭ６４２模块、视频输入接口和视频输 出接口的硬件设计结构。并介绍了基于ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的视频采集驱动程序编写、程序流程、图像处理方法 以及ＣＣＳ中ＤＳＰ／ＢＩＯＳ配置工具、ＣＳＬ和ＦＶＩＤ的使用。 关键词：ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２；二维码；ＤＳＰ／ＢＩＯＳ；ｄａｔａ ｍａｔｒｉｘ 中图分类号：ＴＰ３３４．２＋２ 文献标识码：Ｂ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ２－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｄｅ ｒｅａｄｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２ ＷＥＩ Ｙａｎ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１８０５５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ２一ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｄｅ ｒｅａｄｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＭ￥３２０ＤＭ６４２ ｗｈｉｃｈ ｉＳ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｖｉｄｅｏ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂｙ Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐ．Ｉｎ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ．ＴＶＰ５１０２ ａｎｄ ＳＡＡ７１０４ ｃｈｉｐｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ ｌｏｏｐｂａｃｋ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｉｍａｇｅ．Ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＤＭ６４２ ｍｏｄｕｌｅ．ｖｉｄｅｏ ｉｎｐｕｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｉｓ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ ｉｎ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｅｃｔｉｏｎ．ｒＩ＇｝ｌｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｖｉｄｅｏ ｓａｍｐｌｅ ｄｒｉｖｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＳＰ／ＢＩＯＳ．ｐｒｏｇｒａｍ ｆｌｏｗ．ａｎｄ ｖｉｓｉｏｎ ａｒｉｈｔｍｅｔｉｃ．ＤＳＰ／ Ｂ１０Ｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｓ．ＣＳＬ ａｎｄ ＦＶＩＤ ｏｆ ＣＣＳ ａｎｄ ＴＩ ａｒｅ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ． Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ： １＇Ｍ￥３２０ＤＭ６４２；２－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｄｅ；ＤＳＰ／ＢＩＯＳ；ｄａｔａ ｍａｔｒｉｘ 二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平 集芯片ＴＶＰ５１５０、存储器ＳＤＲＡＭ和Ｆｌａｓｈ、ＬＣＤ显示器、 面上（二维方向上）分布的黑白相间的记录数据符号信 时钟及看门狗电路、电源及复位电路、串行通信电路等 息的图形，在代码编制上利用构成计算机内部逻辑基础 组成，硬件结构框图如图１所示［２１。 的“０”、…１’比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的 几何形体来表示文字数值信息。与目前广泛使用的一维 条形码相比较，二维码具有编码密度高、信息容量大、编 码范围广、纠错能力强、译码可靠性高、追踪性高、抗损性 强、备援性大、成本便宜等特性，在表单、安全保密、追踪、 证照、存货盘点、资料备援等方面必将取代传统一维条 码，获得快速发展。本文提出的便携矩阵式二维码ＣＣＤ识 读器，采用ＴＩ的高速ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２作为图像处 理器，使用高分辨率ＣＣＤ摄像头捕捉图像，在ＤＳＰ处理器 中利用模式识别初次定位，并对Ｄａｔａ Ｍａｔｒｉｘ二维码进行 精确解码识别，得到编码在二维码图形中的字符串信息。 其结果可以直接在阅读器上显示，且可通过通信接口与其 他设备交互信息【１１。 图１硬件结构框图 １硬件实现 主要应用电路由ＤＭ６４２、视频输入电路、视频输出 硬件部分主要由ＣＰＵ控制器、ＣＣＤ摄像头、图像采 等电路组成，具体如下。 《微型机与应用》２０１０年第８期 欢迎网上投稿ｗｗｗ．ｐｃａｃｈｉｎａ．ｃｏｍ ８９ Ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ １．１ ＤＭ６４２模块 为回放模式。对采集到的数据进行回放时需要先将数字 该系统ＣＰＵ选用ＴＩ公司专为视频应用开发的高性能 ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２（简称ＤＭ６４２）。ＤＭ６４２基于Ｃ６４ｘ 内核，并在其基础上增加了很多外围设备和接口，因 而在实际工程中的应用更为广泛和简便。本系统使用 ５０ ＭＨｚ晶振作为ＤＳＰ的外部时钟输入，经过内部锁相 环ｌ２倍频后产生６００ ＭＨｚ的工作频率。ＤＭ６４２采用了２ 视频信号重新转化为模拟信号，才能在监视器上播放。 本设计选用由Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生产的ＳＡＡＴ１０４来完成信号 转换，ＳＡＡ７１０４与ＤＭ６４２的电路连接如图３所示。 ＶＰ１一Ｄ［２．．８］ 卜、 ＰＤ［０．．１１］ ＳＡＡ７１０４ Ｙ ＤＭ６４２ Ｃ 级缓存结构（Ｌｌ和Ｌ２），大幅度提高了程序的运行性能。 片内６４位的ＥＭＩＦ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｍｅｍｏｒｙ ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）接口可以 与ＳＤＲＡＭ、Ｆｌａｓｈ等存储器件无缝连接，极大地方便了大 量数据的搬移。更重要的是，作为一款专用视频处理芯 片，ＤＭ６４２包括了３个专用的视频端口（ＶＰ０￣ＶＰ２），用于 接收、处理视频和音频数据，提高了整个系统的性能。本 系统主要使用了ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２的外部存储器扩展接口 ＥＭＩＦ、视频口ＶＰ１、视频口ＶＰ２和通用ＩＯ口ＧＰＩＯ。 １．２视频输入接口 ＤＭ６４２具有３个视频端Ｅｌ，支持多种分辨率和标 准，其位宽和输入输出方向软件可控，设计中将ＶＰ２的 Ａ通道设置为视频输入模式，实现对二维码的图形输 入。ＤＭ６４２与视频编解码芯片之间的数据都通过这几个 专用的端口传输，但是对这些芯片的控制则是通过Ｉ２Ｃ 总线实现的。 采用模拟摄像头进行视频数据采集，需要使用视频 解码芯片将采集到的模拟数据进行数字化，然后送给 ＤＭ６４２的视频端日进行处理。本设计选用ＴＩ公司生产 的ＴＶＰ５１５０Ａ，这是一款具有强大可靠的同步检测器的 超低功耗ＮＴＳＣ／ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ视频解码器，它与ＤＭ６４２ 的连接如图２所示［３１。 ＹＯＵＴ［０．．７】 ＶＰ２一Ｄ［２．．８］ ＰＣＬＫ，ＳＣＬＫ ＶＰ２一ＣＬＫｌ ＴＶＰ５１５０Ａ ＤＭ６４２ ＳＤＡ ＶＰ２一ＳＤＡ ＳＣＬ ＶＰ２一ＳＣＬ 图２ ＴＶＰ５１５０Ａ与ＤＭ６４２接１５不意图 图２中， ＩＴｖＰ５１５０Ａ的ＹＯＵＴ口与ＤＭ６４２的ＶＰ２口 直接连接，用于数据的传输。点阵时钟线和ＤＭ６４２上 ＶＰ２口的ＶＰ２一ＣＬＫ１相连，用于数据传输的时钟信号。 ＤＭ６４２通过Ｉ℃总线对ＴＶＰ５ｌ５０Ａ内部寄存器进行读 写，达到控制该芯片的目的。 １．３视频输出接口 对于要求进行本地回放的设计，需要将一个视频口 设置为回放模式。本设计需要通过镜头的焦距、视野等 对所获取的物体表面图像质量进行控制，需要监控图像 质量，为此需要设计视频输出接口。在设计中使用视频 口ＶＰ１进行视频回放，因此将ＶＰ１端口的Ａ通道设置 ９０ ＶＰ２一ＣＬＫ１ ＰＩＸＣＬＫｌ ＣＶＢＳ 图３ ＳＡＡ７１０４与ＤＭ６４２接口电路示意图 图３中，ＤＭ６４２的ＶＰ１端口向ＳＡＡ７１０４的ＭＰ口输 出ＢＴ．６５６格式的数字视频信号，经过ＳＡＡ７１０４芯片内 部数据管理模块分离出Ｙ信号和Ｃｂ、Ｃｒ信号；然后再 送到片内相应的模／数转换模块将数字信号变换为模拟 视频信号；最后由ＣＶＢＳ（复合视频信号）或者Ｙ、Ｃ（Ｓ一端 子信号）引脚输出。ＳＡＡ７１０４的时钟信号ＬＬＣ为２７ ＭＨｚ， 由ＤＭ６４２的ＶＰ２ＣＬＫＩ提供，而ＤＭ６４２的ＶＰ２ＣＬＫＩ则是 来自于ＴＶＰ５１５０Ａ的ＳＣＬＫ引脚，这就使得视频的采集 和回放达到同步要求。ＤＭ６４２通过Ｉ２Ｃ接口对ＳＡＡ７１０４ 芯片内部的寄存器进行配置，实现对该芯片的控制。 ２软件实现 在软件方面，主要针对视频编码、解码芯片的驱动、 软件流程设计和算法设计等３个方面。 ２．１基于ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的视频驱动模型 设计中使用ＴＩ的基于ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的驱动模型，利用 了ＣＳＬ（Ｃｈｉｐ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｌｉｂｒａｒｙ）芯片支持库对ＴＶＰ５１５０Ａ和 ＳＡＡＴ１０４进行配置，使用ＦＶＩＤ的ＡＰＩ实现视频信号的 采集和回放。基于这种驱动模型的框架如图４所示［４１。 应用程序 ＦＶＩＤ类驱动ＡＰＩ ＧＩＯ类驱动 通用视频端口一ＤＭＡ数据 特定编码解码驱动 Ｊ 苎 塞 壁 Ｉ 匝 叵 ［ 巫夏］ 图４ ＤＭ６４２视频捕捉和回放驱动模型框架 ２．２软件工作流程 程序上电开始运行后，首先对各模块进行初始化设 置，包括ＶＰ１、ＶＰ２、ＴＶＰ５１５０Ａ、ＳＡＡ７１０４、ＭｃＢＳＰ等，之后 在一个ＤＳＰ／ＢＩＯＳ系统任务对象中进行图像捕捉，捕获 的图像数据将存放在ＦＶＩＤ提供的一个ＦＶＩＤ＿Ｆｒａｍｅ结 构中，以后对于图像的处理都是针对该结构中的图形数 据进行。将获得的图像首先进行二维码识别和定位，采 用模式识别的方法，判断该次采集的图像是否含有二维 《微型机与应用》２０１０年第８期 Ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 码信息，是否需要进行二维码识别处理。如果含有二维 码信息，则进入二维码识别模块进行识别，并输出到 ＬＣＤ显示器以及通过ＭｃＢＳＰ发送二维码信息。 其中，ＤＳＰ／ＢＩＯＳ系统任务对象是被ＴＳＫ模块管理 实时地获取图像进行定位和识 别。对于一个实时进来的图像， 首先使用定位工具进行二维码 图像定位，如果定位成功则此 的线程。其任务的优先级高于空闲循环，低于硬件和软 件中断。ＴＳＫ模块根据其任务的优先级和当前的执行状 态动态地调度和抢占任务。ＤＳＰ／ＢＩＯＳ总共有１５个任务 优先级可用，最低的优先级是保留给空闲循环的。为此， 图像中包含二维码图像信息， 如果定位返回不成功标志，则 不进行下一步，直接再次申请 图像。对于包含二维码信息的 图６ Ｄａｔａ Ｍａｔｒｉｘ二维码 图像，在定位工具给出的图像位置，按照定位工具给出 在设计中使用了，Ｉ’Ｉ的ＤＳＰ／ＢＩＯＳ配置工具对 Ｋ模块 进行配置，建立系统任务ｔｓｋＬｏｏｐｂａｃｋ用于视频采集和图 的图像像素尺寸数值，读取原始二进制码流，再根据 像分析循环。系统程序的流程如图５所示。 ＴｓｋＬｏｏｐｂａｃｋ任务 ＦｖＩＤ＿ａＩｌｏｃ定位 ＦＶＩＤ Ｆｒａｍｅ Ｉ 调用ＦＶＩＤ＿ｃｒｅａｔｅ 模式识别、二维码识别参数初始化 创建捕捉通道 ●一 Ｊ ＦＶＩＤ＿ｅｘｃｈａｎｇｅ获取图像数据 调用ＦＶＩＤ＿ｃｏｎｔｒｏｌ ｌ 控制硬件 进行模式识别 ｌ 调用ＦＶＩＤ＿＿ｃｏｎｔｒｏｌ 启动视频捕捉 Ｎ Ｊ ＤＳＰ，Ｂ１０Ｓ 任务调度 ｆ 二维码识别 Ｉ Ｊ Ｉ 输出二维码信息 ｌ 图５程序流程图 ２．３图像处理程序 在图像处理程序部分，要得到准确的解码信息，必 须包含两个关键组成部分：二维数据矩阵码的定位和二 维码解码，本设计只对Ｄａｔａ Ｍａｔｉｒｘ二维码进行解码。 在图像定位方面，Ｄａｔａ Ｍａｔｒｉｘ二维码自身包含了大 量的定位查找信息。图６所示为一个Ｄａｔａ Ｍａｔｉｒｘ二维码 图像，可以看出在二维码图像的底部有一条黑色水平 条，而左边界处有一条黑色垂直条，其宽度均为一个有 效１的宽度，在图像的右上方为数据编码图像区域，而 整个图像外四周还有一个宽度为一个有效１像素４倍 的白色连续区域，程序中用这些信息定位二维码图像， 确定二维码图像的方向。 在程序中，首先获取一个完整的Ｄａｔａ Ｍａｔｒｉｘ二维码 图像作为以后识别和解码实时动态图像的模板。对于作 为模板的图像，选择整个二维码图像区作为模板的训练 区域，通过图像坐标的变换将其训练为以后在实时图像 中定位二维码图像的模板。之后，设置定位时模式识别 的一些参数，包括旋转角范围、比例缩放范围、图像灰度 级别等，当模板和定位工具配置好时，就通过ＣＣＤ相机 《微型机与应用》２０１０年第８期 Ｄａｔａ Ｍａｔｉｒｘ的编码规则对二进制码流进行解码，获取相 应的字符串进行显示和传输。 本文详细阐述了基于ＴＭＳ３２ＤＤＭ６４２的ＣＣＤ二维码 Ｄａｔａ Ｍａｔｉｒｘ读码器的设计，包括了硬件和软件的系统设 计。按照此设计方案设计的读码器结构简单，实现简便， 二维码识别率很高。 参考文献 【１】张琛，赵昕，郭娟，等．基于ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２芯片的图像编 码系统设计【Ｊ】．微机算计信息，２００５，２１（４）：１１３—１１４． ［２】王新栋，高宏昌，万里青．基于ＤＭ６４２的Ｈ．２６４视频压缩 系统设计与优化【Ｊ】．电光与控制，２００８，１５（０１）：８２—８５． 【３】李斌，李功燕，许世颐，等．ＤＳＰ体系结构下视觉监控优化 方法研究【Ｊ】．计算机工程与应用，２００８，４４（３４）：２３１－２３３． 【４】干戈．一种基于ＤＳＰ和ＵＳＢ的图像处理系统设计［Ｊ】．计 算机与数字工程，２００８，３６（１１）：１４９—１５０． （收稿１３期：２００９—１１—２０） 作者简介： 魏彦，女，１９７７年生，硕士，讲师，主要研究方向：嵌入 式系统和图像处理等。 Ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ公司 推出增强版Ｓｐａｒｔａｎ ＥＦＥＭ ２０１０年３月１６日，为大规模半导体设备制造商 提供高效节能的前端与后端自动装置解决方案及工 程服务的领先供应商Ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ公司宣布，已 将自己的ＳｐａｒｔａｎＴＭ设备前端模块ｆＥＦＥＭ）的性能提高 至４５０张晶圆／小时。改进设计的目的是满足高通量 半导造工艺如剥离，去胶、清洗和离子注入的需 要。由于拥有专有的晶圆机常压机器人，改进后的 Ｓｐａｒｔａｎ ＥＦＥＭ可在不到２．５ Ｓ的时间内以最快的速度 进行晶圆切换，实现１００％的工艺设备利用率。 “使设备生产能力最大化是设备供应商的核心竞 争优势，同时也为ＩＣ制造商们降低设备的拥有成 本，”Ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ的产品营销副总裁Ｍａｙ Ｓｕ表 示，“对于那些拥有每小时加工数百片晶圆的生产能 力，但却因现有的常压机器人技术而无法开足产能的 设备来说尤其重要。通过升级Ｓｐａｒｔａｎ已经生产检验 的计算晶圆运动路径的软件算法，我们现在能够让所 有能通过商业手段购买到的ＥＦＥＭ发挥出最大产能， 同时还能维持Ｓｐａｒｔａｎ现有的可靠性和清洁度性能。” （Ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ公司供稿） 欢迎网上投稿ｗｗｗ．ｐｃａｃｈｉｎａ．ｃｏｍ ９１
