Obrazový výstup VGA pro DSP za 1 €
Autor: L. Novák, P. Zahradník <zahradni(at)fel.cvut.cz>, Pracoviště: České vysoké učení technické v Praze, FEL, Téma: Digitální zpracování signálu, Vydáno dne: 18. 12. 2008Low-expense Video VGA Output for DSP - Abstract
Low-expense video VGA output for Texas Instruments DSP development kit DSK TMS320C6713 is presented.
Cílem bylo realizovat video výstup s téměř nulovými pořizovacími náklady. Navržený obvod s VGA (Video Graphics Array) výstupem využívá sériového toku dat z rozhraní McBSP (Multichannel Buffered Serial Port) signálového procesoru TMS320C6713. Vnější monostabilní klopné obvody generují synchronizačních pulzy vhodné délky. Generování sériového toku dat probíhá pomocí časovačů a EDMA (Enhanced Direct Memory Access) přenosů. Strojové cykly procesoru jsou plně využity pro vlastní číslicového zpracování signálu.
Návrh a realizace
VGA signály jsou generovány pomocí sériového kanálu McBSP0 (signál VIDEO), dvou časovačů Timer 0 (signál VSYNC) a Timer 1 (signál HSYNC) na vývojové desce s DSP C6713. Protože časovače nejsou schopny generovat signály s jinou střídou než 1:1, je jimi řízen dvojitý monostabilní klopný obvod 74LS221, který má nastavené RC konstanty na příslušné doby synchronizačních signálů v log. 0. Zapojení ilustruje obr. 1.
Obr. 1 Blokové schéma VGA s C6713
Elektrické zapojení je uvedeno na obr. 2. Je použit dvojitý MKO v integrovaném obvodu 74LS221. Konstrukce a rozvržení modulu je zobrazeno na obr. 3.
Obr. 2 Schéma elektrického zapojení modulu MKO
Obr. 3 Rozvržení modulu MKO
Vertikální synchronizace je generována pomocí časovače Timer 0 a připojeného monostabilního klopného obvodu (viz obr. 1). Timer 0 generuje obdélníkový signál o střídě 1:1 a periodě 16,8 ms. Monostabilní klopný obvod je spouštěn každou náběžnou hranou tohoto obdélníkového signálu, který je na výstupu TOUT0 DSP. Spuštění MKO vyvolá přechod do log. 0 na 64 ms. Tato doba se nastavuje pomocí trimru VSYNC na modulu MKO – třeba zkalibrovat pomocí osciloskopu. Přibližná hodnota odporu odpovídající této době při svitkovém kapacitoru 33 nF je 2,8 kW. (tL=RC ln(2) ).
Horizontální synchronizace je generována pomocí časovače Timer 1 a připojeného monostabilního klopného obvodu (viz obr. 1). Timer 1 generuje obdélníkový signál o střídě 1:1 a periodě 32 ms. Monostabilní klopný obvod je spouštěn každou náběžnou hranou tohoto obdélníkového signálu, který je na výstupu TOUT1 DSP. Spuštění MKO vyvolá přechod do log. 0 na 3,84 ms. Tato doba se nastavuje pomocí trimru HSYNC na modulu MKO – třeba zkalibrovat pomocí osciloskopu. Přibližná hodnota odporu odpovídající této době při svitkovém kapacitoru 2,2 nF je 2,5 kW. (tL=RC ln(2) ).
Obr. 4 Popis EDMA přenosů zajišťujících vysílání VIDEO signálu
V programu je nejprve přenastaven násobící poměr PLL, aby bylo dosaženo pracovního kmitočtu DSP 200 MHz (oproti původním 225 MHz). Je totiž potřeba, aby byl kmitočet fCPU/2 roven celočíselnému násobku žádané vysílací frekvence McBSP tj. zde 4x25 MHz. Dále jsou vhodně nastaveny časovače a poté je spuštěn EDMA přenos edmaInic (obr. 4), který zasynchronizuje vysílání VGA video signálu (VIDEO) se synchronizačními signály HSYNC a VSYNC. Po tomto zasynchronizování a skončení přenosu edmaInic se automaticky spustí edmaActive, který odvysílá VIDEO data (480x800 pixelů na obr. 4 šedě) z pole Buffer. Po skončení edmaActive se ihned automaticky spustí edmaTma, který odvysílá nulové hodnoty VGA vysílání – Front porch, VSYNC pulse a Back porch – řádky 481 až 525 (na obr. 4 modře).
Po skončení tohoto přenosu se opět automaticky „linkováním“ spustí edmaActive, který odvysílá další VIDEO data. Po něm opět automaticky edmaTma atp. Princip a časovací charakteristiky VGA vysílání 640x480 pixelů jsou připomenuty v tab 1. CPU se tedy po počáteční inicializaci již vysílání VGA signálu vůbec neúčastní. VGA signály jsou plně automaticky vysílány pomocí EDMA přenosů, McBSP, časovačů a MKO. Pole Buffer obsahuje 50 16-bit slov (sloupce – 50*16=800 pixelů) a 480 řádků – viz obr. 4. Pouze prvních 40 slov z tohoto pole (indexy 0-39, tj. 640 pixelů) představuje aktivní VIDEO data, zbytek pole (indexy 40-49) je na začátku iniciován nulami a představuje části VGA vysílání FP, HSYNC a BP. DSP/BIOS musí být vypnutý (program nikdy nesmí opustit funkci main() ), protože DSP/BIOS používá časovač Timer 0, ale ten je použitý pro generování VSYNC.
|
Horizontální charakteristiky |
|||||
|
Úsek |
Označení |
Délka v pixelech |
Doba VGA norma [ms] |
Realizovaná doba [ms] |
Relativní chyba [%] |
|
Active video |
A |
640 |
25,42 |
25,6 |
0,71% |
|
Front porch |
B |
16 |
0,636 |
0,64 |
0,63% |
|
HSync pulse |
C |
96 |
3,81 |
3,84 |
0,79% |
|
Back porch |
D |
48 |
1,91 |
1,92 |
0,52% |
|
1 Řádek |
A+B+C+D |
800 |
31,78 |
32 |
0,69% |
|
Vertikální charakteristiky |
|||||
|
Úsek |
Označení |
Délka v řádcích |
Doba VGA norma [ms] |
Realizovaná doba [ms] |
Relativní chyba [%] |
|
Active video |
E |
480 |
15,25 |
15,36 |
0,72% |
|
Front porch |
F |
10 |
0,318 |
0,32 |
0,63% |
|
VSync pulse |
G |
2 |
0,0636 |
0,064 |
0,63% |
|
Back porch |
H |
33 |
1,05 |
1,056 |
0,57% |
|
1 Snímek |
E+F+G+H |
525 |
16,68 tj. 59,94Hz |
16,8 tj. 59,52 Hz |
0,72% |
Tab. 1 Časovací charakteristiky VGA normy pro 640x480 obrazových bodů
Obr. 5 Realizovaný VGA výstup osazený na vývojové desce
Závěr
Byl navržen a realizován modul VGA výstupu, který významně rozšiřuje možnosti výukového přípravku DSK TMS320C6713 pomocí grafického výstupu v reálném čase. Princip výstupu dat plně umožňuje využít výpočetní jádro DSP pro číslicové zpracování signálů. Realizovaný modul spolu s výukovým přípravkem je uveden na obr. 5.
Funkční vzorek vznikl v rámci výzkumného záměru MSM6840770014.
Literatura
[1] www.ti.com
[2] www.tinyvga.com