CN108445502A - 一种基于arm和linux的tof模组及其实现方法 - Google Patents

一种基于arm和linux的tof模组及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ARM和LINUX的TOF模组及其实现方法，系统包括光源、TOF传感器和ARM处理平台，光源在ARM处理平台的控制作用下发出红外调制光照射目标，TOF传感器对目标反射的红外调制光进行解调后输出至ARM处理平台，ARM处理平台接收TOF传感器的数据进行数据处理并输出相应的图像数据，ARM处理平台包括RPU单元，所述RPU单元在LINUX下启用后实时地接收来自TOF传感器的数据并将接收的数据转存到缓存区。本发明通过增设的RPU单元来完成TOF传感器的数据实时接收和转存任务，能在数据处理需要时实时读取TOF传感器的转存数据，实时性好且精度高。本发明可广泛应用于距离测量领域。

Description

一种基于ARM和LINUX的TOF模组及其实现方法
技术领域
本发明涉及距离测量领域，尤其是一种基于ARM和LINUX的TOF模组及其实现方法。
背景技术
TOF是飞行时间(Time of Flight)技术的缩写，即传感器发出经调制的近红外光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差来换算被拍摄景物的距离，以产生深度信息，此外再结合传统的相机拍摄，就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。TOF技术在三维视觉、无人机、三维人脸识别、机器人等领域得到了广泛的应用，将会成为实现我们未来智能社会生活环境的最基础技术之一。
现有的TOF成像模组一般包括光源、TOF传感器和控制单元，光源在控制单元的控制下发射红外调制光照射目标，TOF传感器采集目标反射的红外调制光进行光电转换和解调后输出给控制单元，控制单元接收TOF传感器的数据进行处理后输出相应的图像格式数据。
控制单元需要负责接收来自传感器的数据，控制红外光源，通信等一系列的事情，因此实时的数据处理设计就变得非常的重要。然而目前控制单元在处理来自TOF传感器的数据时无法实时读取来自TOF传感器的数据，因为受控制单元的处理能力所限，一旦实时地处理来自TOF传感器的数据，为提高测距精度所需要的一系列反馈数据都将无法获取，会降低测量精度。
为此，有必要设计一种实时性好且精度高的TOF成像模组。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种实时性好且精度高的基于ARM和LINUX的TOF模组及其实现方法。
本发明所采取的第一技术方案是：
一种基于ARM和LINUX的TOF模组，包括光源、TOF传感器和ARM处理平台，所述光源在ARM处理平台的控制作用下发出红外调制光照射目标，所述TOF传感器对目标反射的红外调制光进行解调后输出至ARM处理平台，所述ARM处理平台接收TOF传感器的数据进行数据处理并输出相应的图像数据，所述ARM处理平台包括RPU单元，所述RPU单元在LINUX下启用后实时地接收来自TOF传感器的数据并将接收的数据转存到缓存区。
进一步，所述RPU单元包括：
并行单元，用于并行接收TOF传感器的数据流；
第一DMA控制器和第二DMA控制器，用于将并行接收的TOF传感器的数据流通过直接内存存取的方式进行转存；
帧缓存器，用于通过第一DMA控制器或第二DMA控制器获取TOF传感器的一帧图像帧数据并进行缓存；
所述并行单元分别与TOF传感器、第一DMA控制器和第二DMA控制器通信连接，所述第一DMA控制器和第二DMA控制器还均与帧缓存器通信连接。
进一步，所述ARM处理平台还包括：
第一直接内存缓存器和第二直接内存缓存器，用于存储第一DMA控制器和第二DMA控制器转存的数据；
内核，用于从帧缓存器获取缓存的一帧图像帧数据进行数据处理，以产生相应的控制指令，所述控制指令包括程序存储控制指令、输出控制指令和调制解调控制指令；
程序存储器，用于根据程序存储控制指令存储内核的数据处理结果数据和控制指令；
输出接口，用于根据输出控制指令将内核数据处理得到的图像数据进行输出；
所述第一直接内存缓存器与第一DMA控制器通信连接，所述第二直接内存缓存器和第二DMA控制器通信连接，所述内核分别与帧缓存器、程序存储器和输出接口通信连接。
进一步，所述ARM处理平台还包括I2C通信接口，所述I2C通信接口用于将控制指令返回给TOF传感器，所述I2C通信接口分别与内核和TOF传感器连接。
进一步，还包括调制驱动单元，所述调制驱动单元包括驱动电源、充放电电容组、MOS管、第一电容、第一电阻、第二电阻、光源第一驱动端和光源第二驱动端，所述驱动电源分别连接充放电电容组的一端和光源第一驱动端的一端，所述电容组的另一端分别连接大地和ARM处理平台，所述光源第二驱动端的一端分别与MOS管的漏极和第一电容的一端连接，所述光源第一驱动端的另一端和光源第二驱动端的另一端均连接光源，所述MOS管的栅极连接TOF传感器的调制信号输出端，所述MOS管的源极分别连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接大地，所述第一电阻的另一端连接第一电容的另一端。
进一步，所述驱动电源包括：
调制信号展宽单元，用于接收到TOF传感器的调制信号时在展宽时间内输出高电平信号；
解锁信号产生单元，用于定时产生解锁信号；
单脉冲产生单元，用于根据解锁信号产生单脉冲信号；
与门，用于根据调制信号展宽单元的输出和单脉冲产生单元的输出产生相应的电源开关信号；
电源，用于根据产生的电源开关信号为调制驱动单元提供相应的电源信号；
所述调制信号展宽单元的输入端与TOF传感器的调制信号输出端连接，所述调制信号展宽单元的输出端和与门的第一输入端连接，所述解锁信号产生单元的输出端通过单脉冲产生单元进而和与门的第二输入端连接，所述与门的输出端与电源的输入端连接，所述电源的输出端分别连接充放电电容组的一端和光源第一驱动端的一端。
进一步，所述光源内设有温度检测模块，所述温度检测模块的输出端与ARM处理平台的输入端连接。
本发明所采取的第二技术方案是：
一种基于ARM和LINUX的TOF模组的实现方法，包括以下步骤：
在ARM处理平台的控制作用下光源发出红外调制光照射目标；
TOF传感器对目标反射的红外调制光进行解调后输出至ARM处理平台；
ARM处理平台接收TOF传感器的数据进行数据处理并输出相应的图像数据，所述数据处理包括在LINUX下启用RPU单元后通过RPU单元实时地接收来自TOF传感器的数据并将接收的数据转存到缓存区。
进一步，所述在LINUX下启用RPU单元后通过RPU单元实时地接收来自TOF传感器的数据并将接收的数据转存到缓存区这一步骤，具体包括：
在LINUX下启用RPU单元；
RPU单元并行接收TOF传感器的数据流；
将并行接收的TOF传感器的数据流通过直接内存存取的方式进行转存；
通过帧缓存器从转存后的数据流中获取并缓存TOF传感器的一帧图像帧数据，以供ARM处理平台根据该帧图像帧数据进行数据处理。
进一步，还包括实时检测光源的温度，并将实时检测的温度发送给ARM处理平台的步骤。
本发明的有益效果是：本发明一种基于ARM和LINUX的TOF模组及其实现方法，通过在ARM处理平台中增设的RPU单元来完成TOF传感器的数据实时接收和转存任务，能在数据处理需要时实时读取TOF传感器的转存数据，不受传统控制单元的处理能力所限制，在实时读取TOF传感器的转存数据的同时能继续获取提高测距精度所需要的反馈数据，实时性好且精度高。
附图说明
图1为本发明一种基于ARM和LINUX的TOF模组的主要模块框图；
图2为本发明ARM处理平台的结构框图；
图3为本发明调制驱动单元的电路原理图；
图4为本发明驱动电源的结构框图；
图5为本发明的一种优选实施例的具体电路连接关系图；
图6为本发明光源的发射光谱和供应电流关系曲线图。
具体实施方式
参照图1，一种基于ARM和LINUX的TOF模组，包括光源、TOF传感器和ARM处理平台，所述光源在ARM处理平台的控制作用下发出红外调制光照射目标，所述TOF传感器对目标反射的红外调制光进行解调后输出至ARM处理平台，所述ARM处理平台接收TOF传感器的数据进行数据处理并输出相应的图像数据，所述ARM处理平台包括RPU单元，所述RPU单元在LINUX下启用后实时地接收来自TOF传感器的数据并将接收的数据转存到缓存区。
其中，光源可选用红外光源，ARM处理平台可选用选择具备RPU(Real processunit，实时处理单元)的ARM处理芯片，例如Cortex-R系列芯片。TOF传感器的数据一般较多，包括ADC采样数据、饱和标志等，而传统控制单元的处理能力是有限的，这样会导致传统控制单元因处理任务过多而需要进行排队，出现阻塞的现象。为了提升TOF传感器的数据读取的实时性且不影响其他数据的处理，本发明在基于LINUX的ARM处理平台上新开辟了专用于实时接收和转存TOF传感器的数据的RPU单元，这样ARM处理平台在数据处理时只需从转存的数据中直接读取需要的数据即可，实时性大大提升。
参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述RPU单元包括：
并行单元，用于并行接收TOF传感器的数据流；
第一DMA控制器和第二DMA控制器，用于将并行接收的TOF传感器的数据流通过直接内存存取的方式进行转存；
帧缓存器，用于通过第一DMA控制器或第二DMA控制器获取TOF传感器的一帧图像帧数据并进行缓存；
所述并行单元分别与TOF传感器、第一DMA控制器和第二DMA控制器通信连接，所述第一DMA控制器和第二DMA控制器还均与帧缓存器通信连接。
其中，第一DMA控制器和第二DMA控制器，用于提供直接内存访问的通道，其是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式。
参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述ARM处理平台还包括：
第一直接内存缓存器和第二直接内存缓存器，用于存储第一DMA控制器和第二DMA控制器转存的数据；
内核，用于从帧缓存器获取缓存的一帧图像帧数据进行数据处理，以产生相应的控制指令，所述控制指令包括程序存储控制指令、输出控制指令和调制解调控制指令；
程序存储器，用于根据程序存储控制指令存储内核的数据处理结果数据和控制指令；
输出接口，用于根据输出控制指令将内核数据处理得到的图像数据进行输出；
所述第一直接内存缓存器与第一DMA控制器通信连接，所述第二直接内存缓存器和第二DMA控制器通信连接，所述内核分别与帧缓存器、程序存储器和输出接口通信连接。
其中，内核的数据处理能力是有限的，只能一帧一帧地进行数据处理，但TOF传感器的数据流可能包括多帧图像数据，所以本发明增设了帧缓存器来通过第一DMA控制器或第二DMA控制器实时读取数据流中的一帧图像数据供内核使用，内核处理完该帧图像数据后，帧缓存器再继续读取下一帧图像数据，最终可完成数据流的处理。调制解调控制指令用于控制TOF传感器产生解调或调制信号。
输出接口可选用USB接口、以太网接口等，其可将APM处理平台的处理结果数据上传给PC端、远程服务器等，方便了数据的共享和进一步处理。
参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述ARM处理平台还包括I2C通信接口，所述I2C通信接口用于将控制指令返回给TOF传感器，所述I2C通信接口分别与内核和TOF传感器连接。
参照图1和图3，进一步作为优选的实施方式，还包括调制驱动单元，所述调制驱动单元包括驱动电源V_LED、充放电电容组、MOS管T1、第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、光源第一驱动端A和光源第二驱动端K，所述驱动电源V_LED分别连接充放电电容组的一端和光源第一驱动端A的一端，所述电容组的另一端分别连接大地GND和ARM处理平台，所述光源第二驱动端K的一端分别与MOS管T1的漏极和第一电容C1的一端连接，所述光源第一驱动端A的另一端和光源第二驱动端K的另一端均连接光源，所述MOS管T1的栅极连接TOF传感器的调制信号输出端MDrv，所述MOS管T1的源极分别连接第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接大地GND，所述第一电阻R1的另一端连接第一电容C1的另一端。
其中，调制驱动单元可置于TOF传感器的内部或外部，可供用户灵活选择。图3中，A和K之间根据V_LED以及所选择的光源的参数可串联多个LED或激光二极管；由C2、C3和C4组成的充放电电容组为瞬时大电流提供了足够的支持；而T1、R1和C1组成光源的高速开关电路；R2产生反馈电压提供给ARM处理平台。MDrv为TOF传感器根据调制控制指令产生的调制信号，该调制信号在小功率光源应用的时候可以用高速非门作为缓冲获取，在需要驱动大功率光源的情况下，则可以使用高速电压跟随缓冲芯片驱动多组LED开关实现。
参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述驱动电源包括：
调制信号展宽单元，用于接收到TOF传感器的调制信号时在展宽时间内输出高电平信号；
解锁信号产生单元，用于定时产生解锁信号；
单脉冲产生单元，用于根据解锁信号产生单脉冲信号；
与门，用于根据调制信号展宽单元的输出和单脉冲产生单元的输出产生相应的电源开关信号；
电源，用于根据产生的电源开关信号为调制驱动单元提供相应的电源信号；
所述调制信号展宽单元的输入端与TOF传感器的调制信号输出端连接，所述调制信号展宽单元的输出端和与门的第一输入端连接，所述解锁信号产生单元的输出端通过单脉冲产生单元进而和与门的第二输入端连接，所述与门的输出端与电源的输入端连接，所述电源的输出端分别连接充放电电容组的一端和光源第一驱动端的一端。
其中，调制信号展宽单元在超过展宽时间(预设值)或未接收到TOF传感器的调制信号时将输出低电平信号。
解锁信号产生单元，可采用现有的硬件解锁电路来实现，其受ARM处理平台控制而每隔一段时间产生一个解锁信号(即开启电源信号)给单脉冲产生单元，能防止电源被误锁死，更加可靠。单脉冲产生单元在产生单脉冲时输出高电平信号，否则输出低电平信号。
进一步作为优选的实施方式，所述光源内设有温度检测模块，所述温度检测模块的输出端与ARM处理平台的输入端连接。
其中，温度检测模块用于防止光源的工作温度过高，能延长光源的使用寿命。
与图1的模组相对应，本发明还提供了一种基于ARM和LINUX的TOF模组的实现方法，包括以下步骤：
在ARM处理平台的控制作用下光源发出红外调制光照射目标；
TOF传感器对目标反射的红外调制光进行解调后输出至ARM处理平台；
ARM处理平台接收TOF传感器的数据进行数据处理并输出相应的图像数据，所述数据处理包括在LINUX下启用RPU单元后通过RPU单元实时地接收来自TOF传感器的数据并将接收的数据转存到缓存区。
进一步作为优选的实施方式，所述在LINUX下启用RPU单元后通过RPU单元实时地接收来自TOF传感器的数据并将接收的数据转存到缓存区这一步骤，具体包括：
在LINUX下启用RPU单元；
RPU单元并行接收TOF传感器的数据流；
将并行接收的TOF传感器的数据流通过直接内存存取的方式进行转存；
通过帧缓存器从转存后的数据流中获取并缓存TOF传感器的一帧图像帧数据，以供ARM处理平台根据该帧图像帧数据进行数据处理。
进一步作为优选的实施方式，还包括实时检测光源的温度，并将实时检测的温度发送给ARM处理平台的步骤。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。
针对现有技术无法实时接收或读取来自TOF传感器的数据的问题，本实施例提出了一种基于ARM和LINUX的TOF模组及其实现方法。
如图1所示，整个TOF三维测距成像模组主要包括光源、TOF传感器(光电探测器)、调制驱动单元和ARM处理平台。
以光源为红外光源为例，整个TOF模组的工作流程为：a.ARM处理平台控制红外光源发射调制红外光；b.TOF传感器对接收到的反射红外调制光进行解调后输出ADC转换后的数据信号；c.ARM处理平台根据接收到的TOF传感器数据及其它设置参数将TOF传感器数据计算转换为图像格式数据，最后通过以太网、USB等实际所需的接口进行输出。
下面对各个部分的实现原理进行详细说明。
(1)ARM处理平台
因为整个过程ARM处理平台要处理的信号非常多，所以实时的数据处理变得非常重要，因此本实施例整个模组设计采用了直接内存存取技术，控制指令采用高速串行总线(如I2C总线)进行传输，从而提高了整体数据传输速度。
ARM处理平台在硬件电路设计上采用了类似传感器板卡的设计思路，元件布局上尽量减小ARM内核和内存的距离。
ARM处理平台需要同时处理来自TOF传感器的图像数据、控制红外光源、监控光源温度、接收其它输入输出信号、通信等非常多的事情，因此高速数据传输的电路设计和实时的数据处理软件设计就变得非常的重要。传统的控制单元的处理能力是有限的，一旦传统的控制单元实时处理来自TOF传感器的数据，那么提高测距精度所需要的一系列反馈数据都无从获取，故本实施例ARM处理平台的核心和关键是在LINUX上实现对TOF传感器图像数据的实时读取。本实施例在LINUX的核心设计上优化了ARM处理平台对TOF传感器图像数据接收任务实时性能，在ARM芯片的选择上选择具备RPU(Real process unit)单元的ARM处理器，该RPU单元专门用于实时地接收从TOF传感器送来的数据，然后将数据转存到缓存区；在软件设计上，ARM处理平台则需要在LINUX下启用RPU，从而保证了在ARM+LINUX下对传感器图像数据流的及时高速处理。
基于上述因素的考虑，本实施例提出了如图5所示基于ARM处理平台的系统框架，其主要包括TOF传感器TOF Sensor、ARM处理平台和PC端。如图5所示，ARM处理平台主要包括并行单元Parallel IF、第一DMA控制器FIFO/DMA A和第二DMA控制器FIFO/DMA B、帧缓存器Int.frame buffer C、第一直接内存缓存器Appl.frame buffer A和第二直接内存缓存器Appl.frame buffer B、内核ARM/DSP Core、程序存储器Appl.program memory、输出接口DMA C USB2.0和I2C通信接口。其中，I2C通信接口负责将除SHUTTER之外的控制指令通过SCL和SDA这两根I2C总线返回给TOF Sensor；SHUTTER为控制拍摄的控制指令(类似相机快门)。VSYNC_A0和HSYNC_A1分别代表TOF Sensor的垂直采样和水平采样数据；XSYNC_SAT_CFG为TOF Sensor的饱和检测信号，DATA[11:0]为TOF Sensor的ADC采样输出信号，DCLK为TOF Sensor的时钟信号。
Appl.frame buffer A和Appl.frame buffer B可选用SDRAM内存(如DDR3)来实现，Frame A-DS2、Frame A-DS3、Frame B-DS3、Frame B-DS2、Frame B-DS1和Frame B-DS0为TOF Sensor的差分采样信号；Frame A-Calc.Distance和Frame B-Calc.Distance为基于飞行时间法的测量距离计算结果。
程序存储器Appl.program memory可选用4G的eMMC(即嵌入式多媒体控制器)存储卡以保证有足够的程序储存空间来保存应用程序，其还添加了TF卡，以便于通过TF卡来升级底层基本系统。采用这样的架构，用户既可以在后端用PC来处理3D深度图像，也可以将应用程序植入模组的ARM处理平台内运行，降低了应用成本、提高了系统的可靠性，并能减少系统的能耗。
本实施例中，ARM处理平台计算生成的数据可通过以太网、USB等数据接口输出至PC端。
(2)调制驱动单元和光源
光反射回来的时间(即接收时间)非常短，为了增强抗环境光能力和干扰能力，LED/激光管等光源的调制频率会设计得非常高。而驱动大功率的LED/激光管的光源功率非常大，故本实施例在电路设计上需要增加硬件保护电路，防止由于意外导致驱动LED/激光管的开关被锁定到了常闭状态而导致LED/激光管、光源供电电路或者电池的损坏。
调制驱动单元，用于驱动光源发出红外调制光。如图3所示，LED/激光LED光源的驱动(即调制驱动单元)采用了高速开关设计，其中，V_LED为驱动电压，A和K之间根据V_LED以及所选择的LED器件的参数串联多个LED或激光二极管；C2、C3、C4为瞬时大电流提供了足够的支持；T1、R1、C1组成高速开关电路；R2产生反馈电压提供给ARM处理平台。MDrv为TOF传感器根据调制控制指令产生的调制信号，该调制信号在小功率光源应用的时候可以用高速非门作为缓冲获取，在需要驱动大功率光源的情况下，则可以使用高速电压跟随缓冲芯片驱动多组LED开关实现。
V_LED的电源供应由调制信号和解锁开关信号进行开启防锁死持续供电控制，其原理如图4所示。假设测量距离是1.5m，则红外光来回的时间为10ns，因此最长的发送时间最多是5ns。这种参数下，调制信号的总时间小于5ns，每个调制脉冲时间则小于1ns，故可设展宽时间为5ns。与门的调制信号展宽单元的目的是只要有调制信号，那么在整个5ns展宽时间内都输出高电平，5ns后收不到调制信号就转为低电平；而受ARM处理平台控制的解锁信号产生单元，每次产生解锁信号(在TOF传感器发送调制信号前，首先会发出解锁信号解锁驱动电源)都会使得单脉冲产生单元产生单脉冲，每个单脉冲的时长大于5ns而小于10ns。单脉冲产生单元和调制信号展宽单元这两路输出的信号经过与门后输出LED驱动电源的开启信号到电源(如DC-DC电源)，这样确保了电源只有在解锁信号和调制信号都出现的情况下进行供电，且每次供电时间不会超过5ns，有效解决了因信号意外锁死而破坏光源或驱动电源的问题。
在使用的电子元器件(主要是LED灯珠/红外激光二极管、开关器件)的选择上，必须充分考虑满足调制信号需要以及发光功率需要。
其中红外LED光源必须选择大功率、高响应、窄带的器件，其发射光谱和供应电流关系如图6所示。
此外，在红外LED光源的选择上，应该尽量选择发射光谱曲线和TOF传感器光谱敏感曲线匹配的器件。
光源的发光功率要按照照射距离进行30％余量的设计，因为发光器件在长期工作或者光源温度较高的时候后会产生光衰，30％的余量可以完全确保在严重光衰甚至光源的部分LED片失效的情况下，仍可以实现设置距离的照射。
另外，本实施例还可在光源内增加温度检测功能，因为LED或者激光二极管的光衰(即寿命衰减)和结温有关。一般而言，LED的光衰和结温的关系为：结温越高，使用寿命越低。所以本实施例在光源内安装了温度检测传感器，以测量光源的温度从而自动调节驱动脉冲的空占比，确保LED/激光二极管的使用结温控制在一个合理的范围，同时确保了发光功率的一致性和稳定性。
(3)TOF传感器
TOF传感器主要包括调制解调模块、ADC转换器、饱和检测模块、像素阵列和存储阵列。其中，调制解调模块用于根据ARM处理平台的调制解调控制指令产生调制信号或解调信号。像素阵列用于进行采样。像素阵列包括像素，每个像素对应有存储阵列中的一对电荷存储池，该对电荷存储池在调制解调模块的一对解调信号控制作用下对目标反射光激发的电荷进行积分(即光电转换)，并在测量结束后输出该对电荷存储池的差分信号作为该像素抑制环境光后的测量信号。目标反射光包括环境光和目标反射的红外光。ADC转换器，用于读取所述电荷存储池输出的差分信号。ADC转换器的ADC采样输出一般为12位的数据DATA[11:0]。
在积分时，像素会连续收集已调制或者未调制的环境光(如背景)，根据环境光强度不同，有时候像素会收集到超过电荷存储池最大存储量的电荷，在这种情况下12位的ADC采样输出数据是无效的不可用数据。因此，本实施例每个像素的采样数据都会有个“饱和检测”标志SAT，这样ARM处理平台的后续应用程序就知道是否放弃该数据。而在相邻像素模式下，一个或多个电荷存储池饱和或者累计饱和都会产生饱和标志，故在这种结构下两个相邻像素的饱和电荷存储池不能采集两次。
饱和检测模块输出的饱和检测标志SAT由TOF传感器XSYNC_SAT管脚传送，它和12位的ADC采样输出数据DATA[11:0]同步传输。如果像素饱和，则DATA[11:0]管脚会置为0xFFF，这种配置下，ARM处理平台需要丢弃采样结果为0xFFF的数据。
此外，TOF传感器的数据总线直接连接到ARM处理平台的RPU单元控制管脚，以实现高速实时的数据接收；ARM处理平台的内核的控制指令通过高速I2C串行通信总线从ARM处理平台获取。
而光源所需的调制信号由TOF传感器发出，分为两路：一路提供给图3的电路用来驱动LED开关电路，另外一路提供给图4的防电源锁死电路，以提供电源启动条件。LED驱动电路产生的反馈信号也传送到TOF传感器，使得TOF传感器可以根据反馈信号的电压来调整光电转换的曝光时间来确保获取图像的质量符合要求。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于ARM和LINUX的TOF模组，其特征在于：包括光源、TOF传感器和ARM处理平台，所述光源在ARM处理平台的控制作用下发出红外调制光照射目标，所述TOF传感器对目标反射的红外调制光进行解调后输出至ARM处理平台，所述ARM处理平台接收TOF传感器的数据进行数据处理并输出相应的图像数据，所述ARM处理平台包括RPU单元，所述RPU单元在LINUX下启用后实时地接收来自TOF传感器的数据并将接收的数据转存到缓存区。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM和LINUX的TOF模组，其特征在于：所述RPU单元包括：
并行单元，用于并行接收TOF传感器的数据流；
第一DMA控制器和第二DMA控制器，用于将并行接收的TOF传感器的数据流通过直接内存存取的方式进行转存；
帧缓存器，用于通过第一DMA控制器或第二DMA控制器获取TOF传感器的一帧图像帧数据并进行缓存；
所述并行单元分别与TOF传感器、第一DMA控制器和第二DMA控制器通信连接，所述第一DMA控制器和第二DMA控制器还均与帧缓存器通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于ARM和LINUX的TOF模组，其特征在于：所述ARM处理平台还包括：
第一直接内存缓存器和第二直接内存缓存器，用于存储第一DMA控制器和第二DMA控制器转存的数据；
内核，用于从帧缓存器获取缓存的一帧图像帧数据进行数据处理，以产生相应的控制指令，所述控制指令包括程序存储控制指令、输出控制指令和调制解调控制指令；
程序存储器，用于根据程序存储控制指令存储内核的数据处理结果数据和控制指令；
输出接口，用于根据输出控制指令将内核数据处理得到的图像数据进行输出；
所述第一直接内存缓存器与第一DMA控制器通信连接，所述第二直接内存缓存器和第二DMA控制器通信连接，所述内核分别与帧缓存器、程序存储器和输出接口通信连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于ARM和LINUX的TOF模组，其特征在于：所述ARM处理平台还包括I2C通信接口，所述I2C通信接口用于将控制指令返回给TOF传感器，所述I2C通信接口分别与内核和TOF传感器连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于ARM和LINUX的TOF模组，其特征在于：还包括调制驱动单元，所述调制驱动单元包括驱动电源、充放电电容组、MOS管、第一电容、第一电阻、第二电阻、光源第一驱动端和光源第二驱动端，所述驱动电源分别连接充放电电容组的一端和光源第一驱动端的一端，所述电容组的另一端分别连接大地和ARM处理平台，所述光源第二驱动端的一端分别与MOS管的漏极和第一电容的一端连接，所述光源第一驱动端的另一端和光源第二驱动端的另一端均连接光源，所述MOS管的栅极连接TOF传感器的调制信号输出端，所述MOS管的源极分别连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接大地，所述第一电阻的另一端连接第一电容的另一端。
6.根据权利要求5所述的一种基于ARM和LINUX的TOF模组，其特征在于：所述驱动电源包括：
调制信号展宽单元，用于接收到TOF传感器的调制信号时在展宽时间内输出高电平信号；
解锁信号产生单元，用于定时产生解锁信号；
单脉冲产生单元，用于根据解锁信号产生单脉冲信号；
与门，用于根据调制信号展宽单元的输出和单脉冲产生单元的输出产生相应的电源开关信号；
电源，用于根据产生的电源开关信号提供相应的电源信号；
所述调制信号展宽单元的输入端与TOF传感器的调制信号输出端连接，所述调制信号展宽单元的输出端和与门的第一输入端连接，所述解锁信号产生单元的输出端通过单脉冲产生单元进而和与门的第二输入端连接，所述与门的输出端与电源的输入端连接，所述电源的输出端分别连接充放电电容组的一端和光源第一驱动端的一端。
7.根据权利要求1所述的一种基于ARM和LINUX的TOF模组，其特征在于：所述光源内设有温度检测模块，所述温度检测模块的输出端与ARM处理平台的输入端连接。
8.一种基于ARM和LINUX的TOF模组的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
在ARM处理平台的控制作用下光源发出红外调制光照射目标；
TOF传感器对目标反射的红外调制光进行解调后输出至ARM处理平台；
ARM处理平台接收TOF传感器的数据进行数据处理并输出相应的图像数据，所述数据处理包括在LINUX下启用RPU单元后通过RPU单元实时地接收来自TOF传感器的数据并将接收的数据转存到缓存区。
9.根据权利要求8所述的一种基于ARM和LINUX的TOF模组的实现方法，其特征在于：所述在LINUX下启用RPU单元后通过RPU单元实时地接收来自TOF传感器的数据并将接收的数据转存到缓存区这一步骤，具体包括：
在LINUX下启用RPU单元；
RPU单元并行接收TOF传感器的数据流；
将并行接收的TOF传感器的数据流通过直接内存存取的方式进行转存；
通过帧缓存器从转存后的数据流中获取并缓存TOF传感器的一帧图像帧数据，以供ARM处理平台根据该帧图像帧数据进行数据处理。
10.根据权利要求8所述的一种基于ARM和LINUX的TOF模组的实现方法，其特征在于：还包括实时检测光源的温度，并将实时检测的温度发送给ARM处理平台的步骤。
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