CN102005028A - 使用图像专用dma的图像处理系统 - Google Patents

Abstract

使用图像专用DMA的图像处理系统，包括存储器、CPU、总线、DMA电路、图像处理电路、显示控制器、显示屏幕。所述存储器、CPU、DMA电路均连接到所述总线；所述DMA电路连接所述图像处理电路；所述图像处理电路连接所述显示控制器；所述显示控制器连接所述显示屏幕。所述DMA电路包括读控制单元、写控制单元、和配置寄存器。本发明针对图像数据传输的特点进行优化设计，大大降低使用者的使用难度，传输图像更灵活多样，配置更方便，效率更高。

Description

使用图像专用DMA的图像处理系统

【技术领域】

本发明属于图像处理领域，具体是指一种使用图像专用DMA的图像处理系统。

【背景技术】

DMA(Direct Memory Access存储器直接访问)是指外部设备直接对计算机存储器进行读写操作的I/O方式。这种方式下数据的读写无需CPU执行指令，也不经过CPU内部寄存器，而是利用系统的数据总线，由外设直接对存储器写入或读出，从而达到极高的传输速率。现在DMA也可以在内存之间或是外设之间直接进行数据操作。DMA控制器的功能与结构是由特定的系统结构决定的。但是作为IP而言，DMA控制器又要有其一般性。

DMA技术的重要性在于，利用它进行数据存取时不需要CPU进行干预，可提高系统执行应用程序的效率。利用DMA传送数据的另一个好处是数据直接在源地址和目的地址之间传送，不需要是中间媒介。通用的DMA控制器应具有以下功能：

1.编程设定DMA的传输模式及其所访问内存的地址区域；

2.屏蔽或接受外设或软件的DMA请求，当有多个设备同时请求时，还要进行优先级排队，首先响应最高级的请求；

3.向CPU或总线仲裁设备提出总线请求；

4.接收总线响应信号，接管总线控制；

5.在DMA控制器的管理下实现外设和存储器、外设和外设之间、或存储器和存储器之间的数据直接传输。

总而言之，DMA控制器一方面可以接管总线，直接在I/O接口和存储器之间进行读写操作，即可以像CPU一样视为总线的主设备，这是DMA与其它外设最根本的区别；另一方面，作为一个I/O器件，其DMA控制功能正式通过初始化编程来设置的，当CPU对其写入或读出时，它又和其它的外设一样成为总线的从属器件。

随着时代的进步，观看视频和图像在日常消费电子的应用中显得越来越重要，市场上不断涌现专注于视频和图像处理的芯片，而现在的DMA仍然多是通用型DMA，虽然可以用于多种场合，但是由于没有针对图像视频处理进行针对性和优化性的设计，通常会造成开发者使用不便，对图像传输效率低下，图像传输灵活性不够等缺点。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种使用图像专用DMA的图像处理系统，该系统针对图像数据传输的特点进行优化设计，大大降低使用者的使用难度，传输图像更灵活多样，配置更方便，效率更高。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

使用图像专用DMA的图像处理系统，包括存储器、CPU、总线、DMA电路、图像处理电路、显示控制器、显示屏幕；

所述存储器、CPU、DMA电路均连接到所述总线；所述DMA电路连接所述图像处理电路；所述图像处理电路连接所述显示控制器；所述显示控制器连接所述显示屏幕；

所述CPU负责全部电路工作的总体控制，配置DMA电路的工作；

所述存储器负责存储数据；

所述总线为一个互联的单元，将挂载在总线上的各个单元连接在一起；

所述图像处理电路负责将各个读通道的图像进行各种图像处理，然后将处理完的图像根据CPU的配置，决定送往显示控制器或者是DMA电路；

所述显示控制器负责将图像信息转化为显示屏幕所需要的格式和时序；

所述显示屏幕负责显示最终的画面；

所述DMA电路包括读控制单元、写控制单元、和配置寄存器；

其中读控制单元包括读通道判决器、通道X读控制器、通道X行缓存；所述读通道判决器负责当多个通道同时有数据传输请求时，判决当前时间总线使用权归属于哪个通道；所述通道X读控制器负责各自通道的读地址控制；所述通道X行缓存负责存储各自通道的行图像信息；

其中所述写控制单元包括回写控制器和回写行缓存；所述回写控制器负责控制回写地址的计算；所述回写行缓存负责存储需要回写的行图像信息；

其中配置寄存器负责接受CPU的配置信息，并将配置信息发送到DMA电路中的各个模块。

本发明的优点在于：1、支持读裁剪传输和回写裁剪传输，方便用户随意的使用图像和回填图像；2、方便用户针对图像传输的使用，只需要配置图像格式和宽高，不需要数据长度，DMA自动进行搬运；3、电路中包含多图层通道，便于用户同时使用多个原图像的复杂多图层图像处理；4、传输时按行传输，以便于直接显示；5、在图像处理完毕后可选择直接显示，或者传输处理完图像到目标位置，方便多次处理。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明电路总体框图。

图2是本发明中读剪裁传输示意图。

图3是本发明回写剪裁传输示意图。

【具体实施方式】

如图1所示，使用图像专用DMA的图像处理系统，包括存储器、CPU、总线、DMA电路、图像处理电路、显示控制器、显示屏幕。

存储器、CPU、DMA电路均连接到总线；DMA电路连接图像处理电路；图像处理电路连接显示控制器；显示控制器连接显示屏幕。

CPU负责全部电路工作的总体控制，配置DMA电路的工作。

存储器负责存储各种数据，包括图像数据。

总线为一个互联的单元，将挂载在总线上的各个单元连接在一起。

图像处理电路负责将各个读通道的图像进行各种图像处理，然后将处理完的图像根据CPU的配置，决定送往显示控制器或者是DMA电路的回写控制单元。

显示控制器负责将图像信息转化为显示屏幕所需要的格式和时序。

所述显示屏幕负责显示最终的画面。

所述DMA电路包括读控制单元、写控制单元、和配置寄存器。

其中读控制单元包括读通道判决器、通道X读控制器、通道X行缓存；读通道判决器负责当多个通道同时有数据传输请求时，判决当前时间总线使用权归属于哪个通道；通道X读控制器负责各自通道的读地址控制；通道X行缓存负责存储各自通道的行图像信息；

写控制单元包括回写控制器和回写行缓存；回写控制器负责控制回写地址的计算；回写行缓存负责存储需要回写的行图像信息；

配置寄存器负责接受CPU的配置信息，并将配置信息发送到DMA电路中的各个模块。

整个系统电路控制和工作流程如下：

首先用户需要使用CPU对寄存器进行配置，需要配置的信息有：各个通道的开关位(用来决定使用几个通道)，突发传输的长度，各个通道的优先级，各个通道图像的格式，原图像尺寸和需取图像尺寸，各个通道源图像的起始地址，是否需要将处理后的图像回写，回写图像的目标起始地址，处理后回写图像尺寸和目标原图图像尺寸，当以上信息配置完毕后通过配置电路开始工作的开关位使电路进入工作状态；

在配置完毕电路开始工作后，各个通道根据当前本通道的行缓存空满决定是否发起新一次传输请求，如果有行缓存进入空闲状态，发起新的读传输请求；

当多个通道同时提出读传输请求时，读通道判决器根据通道的优先级进行判决，将总线使用权判决给某个通道；

当图像处理单元需要数据时，从读行缓存中读取数据，当整行数据读取完毕后，该行缓存进入空闲状态；

当图像处理单元处理完一行图像后，根据配置来决定将该行处理后图像送往显示控制器或者是写控制单元；

如果配置信息为将处理后图像直接显示，则图像处理单元处理将该行处理后图像送往显示控制单元，然后经过显示控制单元后送到显示屏幕显示；

如果配置信息为将处理后图像回写到存储器，则图像处理单元处理将该行处理后图像送往回写行缓存；

当图像处理单元将回写行缓存写满后，回写控制器再将处理后图像送到总线，回写到存储器中；

至此，一行目标图像处理完毕；如此每行不断循环，直至整个目标图像处理完毕。

本发明一个重要特点是只需要配置图像的格式和尺寸，DMA自动进行搬运。下面详细说明：

RGB色彩模式：自然界中绝大部分的可见光谱可以用红、绿和蓝三色光按不同比例和强度的混合来表示。RGB分别代表着3种颜色：R代表红色，G代表绿色、B代表蓝色。RGB模型也称为加色模型。

YUV色彩模式：YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽(RGB要求三个独立的视频信号同时传输)。其中“Y”表示明亮度(Luminance或Luma)，也就是灰阶值；而“U”和“V”表示的则是色度(Chrominance或Chroma)，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。表示图像像素值的位数叫做图像的像素深度，又称为位/像素(BPP)。这个数值用来表示图像的每个像素值所需要的位数(bits per pixel)。

读写控制器中根据图像格式和宽度来控制传输的详细流程：

首先根据配置的图像格式判断当前传输的图像的的BPP(bits per pixel，位/像素)值，比如RGB888格式图像一个像素需要32bit，那么RGB888的图像为32bpp；如果是YUV444格式图像的Y数据的话，则是8bpp：

在判断好当前当前传输的图像的的BPP值后，再将该值乘以需要传输图像的宽度，就得到了一行图像所需要传输的数据量；比如RGB888格式图像需要传输宽度为64像素，则一行的数据量为32bpp x 64＝2048比特；

在得到一行数据量以后，再用一次突发传输长度来划分，就可以得到传输一行数据需要的突发传输次数；比如突发传输长度为8个64比特等于512比特，一行数据量为2048比特，则传输一行数据需要2048/512等于4次长度为8的突发传输；

在传输一行图像数据时，只需要根据该行的起始地址开始突发传输，每次突发传输的起始地址递增量为一次突发传输的数据量，当需要的突发传输完毕后，该行传输完毕。

部分传输的需求广泛存在于图像处理应用中，用户只希望使用原来图像中的一部分，就像剪裁效果一样，称之为剪裁传输；裁剪传输的意思为只将原图像的一部分进行传输的方式。包括读裁剪传输和回写裁剪传输。

读裁剪传输的意思为用户只将原图像中的一部分读出作为待处理的图像(前提是原图的宽高大于等于需取图像的宽高)，如图2所示。

读控制器中读剪裁传输控制的详细流程：

读剪裁传输需要的信息有，原始图像的宽高，需取图像的宽高，需取图像的起始地址，这些信息通过配置寄存器获得；

计算原图像一行地址的偏移量和需取图像一行数据量；

原图像一行地址的偏移量＝原图宽度x该格式单个像素所占比特数；

需取图像一行数据量＝需取图宽度x该格式单个像素所占比特数；

每个需取图像行都有一个行起始地址，第一行的行起始地址为需取图像起始地址；后面的每一需取图像行的起始地址都为前一行起始地址加上原图像一行地址的偏移量；

从需取图像第一行开始传输，当一行传输的数据量达到需取图像一行数据量时，结束该行的传输，开始跳转到下一行的行起始地址开始下一行传输；

如此每行不断循环，直到该通道整个需取图像读传输完毕。

回写剪裁传输的意思是用户将处理后的图像作为目标原图像的一部分回写到目标原图，覆盖原来该地址上目标原图的数据；(前提是目标原图的宽高大于等于处理后图像的宽高)，如图3所示。

回写控制器中回写剪裁传输控制的详细流程：

回写剪裁传输需要的信息有，目标原始图像的宽高，处理后图像的宽高，回写图像的起始点地址，这些信息通过配置寄存器获得；

计算目标原图像一行地址的偏移量和需取图像一行数据量；目标原图像一行地址的偏移量＝目标原图宽度x该格式单个像素所占比特数；处理后图像一行数据量＝处理后图宽度x该格式单个像素所占比特数；

每个处理后图像行都有一个行起始地址，第一行的行起始地址为需取图像起始地址；后面的每一处理后图像行的起始地址都为前一行起始地址加上目标原图像一行地址的偏移量；

从处理后图像第一行开始传输，当一行传输的数据量达到需取图像一行数据量时，结束该行的传输，开始跳转到下一行的行起始地址开始下一行传输；

如此每行不断循环，直到整个处理后图像回写传输完毕。

本发明系统中有多个读通道，用于满足多个源图像的同时处理需要，通道之间的优先级通过CPU对配置寄存器的配置得到，运行过程中的总线使用权的判定由读通道判决器根据通道优先级进行判决，多通道同时申请总线时，高优先级的通道拥有更高的优先级。

本发明系统由于需要直接将数据送往图像处理单元，并可以在经过图像处理单元后直接显示；由于显示的时序是按行扫描，所以图像的处理顺序也为按行处理，所以本系统电路设计的传输方式也为按行传输，这样可以满足在经过处理后，直接可以显示的应用需要。

根据应用的需求，有时最终效果图像的得到需要多次图像处理；此情况下，在最后一次图像处理完毕之前不需要直接显示而是需要将图像回写到存储器，等待下一次的处理。

为了满足此种应用，本发明设计了直接显示和图像回写可选择的结构；选择信息通过CPU对配置寄存器的配置得到。当选择直接显示时，处理后的图像数据送到显示控制器，经过显示控制器处理后送往显示屏幕显示；当选择处理后回写时，处理后的图形行数据传输到DMA中的写控制单元中的回写行缓存以供回写，然后由回写控制器将回写行缓存中的处理后图像一行一行回写到存储器中。

本发明的有益效果：1、支持读裁剪传输和回写裁剪传输，方便用户随意的使用图像和回填图像；2、方便用户针对图像传输的使用，只需要配置图像格式和宽高，不需要数据长度，DMA自动进行搬运；3、电路中包含多图层通道，便于用户同时使用多个原图像的复杂多图层图像处理；4、传输时按行传输，以便于直接显示；5、在图像处理完毕后可选择直接显示，或者传输处理完图像到目标位置，方便多次处理。

Claims (1)

1.使用图像专用DMA的图像处理系统，其特征在于：包括存储器、CPU、总线、DMA电路、图像处理电路、显示控制器、显示屏幕；

所述存储器、CPU、DMA电路均连接到所述总线；所述DMA电路连接所述图像处理电路；所述图像处理电路连接所述显示控制器；所述显示控制器连接所述显示屏幕；

所述CPU负责全部电路工作的总体控制，配置DMA电路的工作；

所述存储器负责存储数据；

所述总线为一个互联的单元，将挂载在总线上的各个单元连接在一起；

所述图像处理电路负责将各个读通道的图像进行各种图像处理，然后将处理完的图像根据CPU的配置，决定送往显示控制器或者是DMA电路；

所述显示控制器负责将图像信息转化为显示屏幕所需要的格式和时序；

所述显示屏幕负责显示最终的画面；

所述DMA电路包括读控制单元、写控制单元、和配置寄存器；

其中读控制单元包括读通道判决器、通道X读控制器、通道X行缓存；所述读通道判决器负责当多个通道同时有数据传输请求时，判决当前时间总线使用权归属于哪个通道；所述通道X读控制器负责各自通道的读地址控制；所述通道X行缓存负责存储各自通道的行图像信息；

其中所述写控制单元包括回写控制器和回写行缓存；所述回写控制器负责控制回写地址的计算；所述回写行缓存负责存储需要回写的行图像信息；

其中配置寄存器负责接受CPU的配置信息，并将配置信息发送到DMA电路中的各个模块。

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