專利名稱：一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金相顯微組織嵌入式圖像采集技術(shù)，具體是指一種基于ARM(高級精簡指令集計(jì)算機(jī))+WINCE (微軟嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng))的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及采用上述系統(tǒng)的金相組織采集顯示方法。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展，圖像處理技術(shù)的需求與日俱增，在工程領(lǐng)域、 工業(yè)生產(chǎn)、軍事、醫(yī)學(xué)以及科學(xué)研究中的應(yīng)用日益普遍。近年來，在金屬材料科學(xué)領(lǐng)域，為了滿足國內(nèi)外市場的需求，高像素、圖像清晰的數(shù)字顯微圖像采集系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，由它獲取的數(shù)字圖像可以在顯示屏上進(jìn)行觀察并可以隨時(shí)記錄。目前，金相顯微視覺系統(tǒng)絕大多數(shù)是由顯微鏡本體、CCD攝像頭、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)等四大部件組成，通過CCD攝像頭將金相組織轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理單元，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號，最后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)金相組織的采集和顯示。這樣的圖像采集系統(tǒng)成本較高，功耗大，而且體積上也有一定的限制，不方便移動(dòng)。傳統(tǒng)的金屬處理是將樣品切割后，再經(jīng)過拋磨而后放置在顯微鏡下以檢查金屬缺陷。但在機(jī)械制造、鍋爐及壓力容器的制造及檢驗(yàn)、石油化工、鐵路、造船、電力設(shè)備、大型模具、安全檢測、質(zhì)量監(jiān)督和理化試驗(yàn)室等領(lǐng)域，對設(shè)備正在應(yīng)用中的大型金屬工件進(jìn)行金屬缺陷檢查時(shí)，為了保證工件的完整性，往往不能采用切割取樣的方法，只能直接在工件上拋磨、檢視，即對金屬進(jìn)行現(xiàn)場金相檢查，現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)金相組織采集、顯示并進(jìn)行研究分析。此時(shí)，傳統(tǒng)的金相顯微視覺系統(tǒng)顯然不能滿足要求。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，“金相組織數(shù)字化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”(陳岳林，汪杰君，許廷麗.光學(xué)精密工程，2005. 13)是由金相顯微鏡、CXD攝像機(jī)、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)及顯示終端組成，雖然該圖像采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速可靠的金相組織采集，但其體積大，不能靈活攜帶。另經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?00810048425. 4，名稱為一種基于ARM的便攜式圖像實(shí)時(shí)采集和顯示終端，該申請案采用嵌入式Linux技術(shù)，利用Linux內(nèi)核的相應(yīng)編程接口函數(shù)編寫圖像采集程序，實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)顯示。但由于受到嵌入式Linux占用內(nèi)存大，尚沒有很好的用戶圖形界面的限制，系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)難度大，難以輸出人性化的人機(jī)界面。同時(shí)，該系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)宏觀圖像的采集，不能實(shí)現(xiàn)金相組織微觀圖像的采集。檢索結(jié)果表明，目前還沒有以32位ARM嵌入式處理器作為信息處理核心，WINCE作為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的便攜金相組織采集和顯示系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)成果；利用模塊化、可移植的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)便攜式金相顯微組織的采集和顯示系統(tǒng)，還屬于空白
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題，就是提供一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)以32位ARM嵌入式微處理器為核心，將WINCE嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)移植到金相組織顯微圖像的采集和顯示系統(tǒng)中，結(jié)合傳感器技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)， 通過對程序各個(gè)任務(wù)的合理分配，使系統(tǒng)能快速有效地獲取清晰的金相組織顯微圖像，性能穩(wěn)定、體積小、便攜、成本低，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。上述發(fā)明目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，包括圖像采集模塊、ARM嵌入式處理器、人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊，所述的ARM嵌入式處理器分別與所述的圖像采集模塊、人機(jī)交互模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊相互連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由硬件層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層組成。所述圖像采集模塊由便攜式金相顯微鏡、圖像采集器適配器、CXD圖像傳感器和 A/D轉(zhuǎn)換模塊依次連接組成，所述便攜式金相顯微鏡采集材料試樣的光信號，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與ARM嵌入式處理器相連接；
所述人機(jī)交互模塊由IXD顯示模塊、觸摸屏模塊和ARM嵌入式處理器相互連接而成；所述IXD顯示模塊和觸摸屏模塊分別與ARM嵌入式處理器相連接；
所述數(shù)據(jù)存儲模塊包括SDRAM、Nand Flash和SD卡(安全數(shù)碼卡)；所述SDRAM、Nand Flash和SD卡分別與ARM嵌入式處理器相連接。在上述基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做進(jìn)一步的改進(jìn)
所述ARM嵌入式處理器還連接有無線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)無線傳輸功能。所述ARM嵌入式處理器的型號是32位RISC嵌入式微處理器S3C2440 包括 SDRAM控制器和外部存儲器接口、SD卡接口、IXD控制器、4線電阻式觸摸屏接口和8通道 10位ADC (模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器);利用ARM核內(nèi)運(yùn)行的WINCE操作系統(tǒng)對ARM進(jìn)行控制和管理，包括進(jìn)程控制和文件系統(tǒng)的管理。所述CXD圖像傳感器將便攜式金相顯微鏡經(jīng)圖像采集器適配器傳輸過來的的金相組織圖像信號進(jìn)行并行信號暫存和相位放大處理，輸出模擬圖像信號，再輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊中；
所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊中視頻轉(zhuǎn)換芯片為極低功耗視頻解碼器TVP5151M，A/D轉(zhuǎn)換模塊將同步信號分離、色度/亮度信號分離，轉(zhuǎn)換成以二進(jìn)制的數(shù)字信號，采取8位方式輸出，輸出的數(shù)字信號流直接輸入到ARM嵌入式處理器的圖像數(shù)據(jù)采集單元中；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與ARM嵌入式處理器的接口包括三部分SCCB (Serial Camera Control Bus，串行攝像機(jī)控制總線)接口、控制接口和數(shù)據(jù)輸出接口。所述SCCB接口是ARM嵌入式處理器向TVP515IM傳輸內(nèi)部寄存器初始化參數(shù)的通道，此時(shí)圖像采集模塊只能作為從設(shè)備，ARM嵌入式處理器作為主設(shè)備，主設(shè)備對從設(shè)備進(jìn)行讀寫操作；
所述控制接口為圖像采集模塊和ARM嵌入式處理器之間傳輸控制信號的通道， TVP5151M內(nèi)部產(chǎn)生三個(gè)時(shí)鐘信號輸入到ARM中，用于對圖像進(jìn)行控制；
所述數(shù)據(jù)輸出接口是8位YCbCr或RGB格式圖像數(shù)據(jù)向ARM傳輸?shù)耐ǖ溃琒3C2440嵌入式處理器的CAMIF(Camera Interface，攝像機(jī)接口)口支持8位4 :2 :2 的 ITU-R BT 601/656 信號，TVP5151M的數(shù)據(jù)接口 DATAW:7]與CAMIF的數(shù)據(jù)接口 CAMDATAW:7]相連接。所述IXD顯示模塊與S3C2440嵌入式處理器內(nèi)部的IXD控制器相連接，通過驅(qū)動(dòng)程序，LCD控制器將定位于系統(tǒng)存儲器的顯示緩沖區(qū)的LCD圖像數(shù)據(jù)傳送到外部LCD控制
ο所述觸摸屏模塊為4線電阻式觸摸屏，它與S3C2440嵌入式處理器內(nèi)部的A/D擴(kuò)展觸摸屏接口相連接。本發(fā)明在軟件上以Windows CE嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序框架為基礎(chǔ)，根據(jù)各單元接口和硬件設(shè)計(jì)而成。系統(tǒng)核心架構(gòu)包括三層硬件層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。IXD顯示模塊、觸摸屏模塊采用本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)；圖像采集模塊采用流接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)， 定制的流接口函數(shù)直接調(diào)用與硬件設(shè)備相關(guān)的處理函數(shù)，省去了層與層之間的調(diào)用和信息傳遞，提高了圖像采集處理過程的實(shí)時(shí)性。其中，視頻轉(zhuǎn)換芯片TVP5151M的的驅(qū)動(dòng)程序被編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫camera, dll文件，而且還提供了所有的功能接口函數(shù)，由設(shè)備管理器加載、調(diào)用、提供電源和I/O管理，內(nèi)核為驅(qū)動(dòng)程序提供中斷服務(wù)，應(yīng)用程序通過系統(tǒng)的API調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的流接口函數(shù)發(fā)送命令，從而實(shí)現(xiàn)WINCE操作系統(tǒng)對視頻轉(zhuǎn)換芯片TVP5151M的動(dòng)態(tài)管理。本發(fā)明的第二個(gè)目的，就是提供采用上述嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)的金相組織采集顯示方法，包括以下步驟
第一步，系統(tǒng)開機(jī)，系統(tǒng)參數(shù)初始化。啟動(dòng)過程中，系統(tǒng)調(diào)用MitDisplayO函數(shù)在 Eboot階段初始化LCD和觸摸屏；圖像采集驅(qū)動(dòng)程序被設(shè)備管理器加載時(shí)自動(dòng)調(diào)用圖像采集初始化函數(shù)，進(jìn)行以下操作使用函數(shù)VirtualAllocO和VitualCopyO為硬件設(shè)備寄存器分配虛擬地址空間、初始化圖像采集設(shè)備TVP5151M、初始化中斷服務(wù)線程；
第二步，連接1/0控制，查詢圖像信息后設(shè)定傳輸模式，根據(jù)獲取的設(shè)備信息和圖像信息調(diào)用API函數(shù)決定是否捕獲；應(yīng)用程序通過系統(tǒng)激活1/0控制函數(shù)CIS_I0C，向驅(qū)動(dòng)程序傳遞包括讀寫和參數(shù)設(shè)置在內(nèi)的設(shè)備控制命令，控制命令以1/0控制代碼(IOCTL)的形式發(fā)送給驅(qū)動(dòng)程序；
圖像捕獲開始命令的1/0控制程序?yàn)?br> #define I0CTL_CAM_C0NT CTL_C0DE(FILE_DEVICE_VIDE0 ， 4 ， METHOD _NEITHER ， FILE_ANY_ACCESS)
當(dāng)驅(qū)動(dòng)接收到應(yīng)用程序發(fā)送的使能并初始化攝像頭的控制代碼I0CTL_CAM_C0NT， 就執(zhí)行流接口函數(shù)CIS_I0C中對應(yīng)的程序段 Case I0CTL_CAM_C0NT
RETAILMSG(1, (TEXT("CAMERA:I0CTL_CAM_C0NT\r\n")))； //DisplayEnable = 1，攝像機(jī)使能
s2440 INT ->INTMSK &= BIT_CAM ；// 打開 CAMIF 接口中斷掩碼
s2440INT->INTSUBMSK &= (BIT_SUB_CAM_P | BIT_SUB_CAM_C) ；//打開 DMA_C 和DMA_P通道的中斷掩碼
Camif_Capture (CAPTURE_0N, CAPTURE_0N) ； // 打開全局捕獲功能 SetEvent (CameraEvent)；
#ifndef YL_2440_SUPP0RT//條件編譯捕獲程序
s2440I0P->GPGC0N &= (0x3<<24)； s2440I0P->GPGC0N = (0xl 24)；#endif
frame_count = 0;//幀計(jì)數(shù)器置零
break;
第三步，捕獲圖像并存儲到緩沖區(qū)，直至結(jié)束捕獲；數(shù)字信號流通過CAMIF的數(shù)據(jù)接口 CAMDATA
直接輸入到S3C2440嵌入式處理器的圖像數(shù)據(jù)采集單元中，單元內(nèi)部將捕獲的圖像數(shù)據(jù)以DMA (Direct Memory Access，直接存儲器訪問)方式傳輸?shù)絻?nèi)存中；
第四步，緩沖區(qū)的CAMDATA數(shù)據(jù)直接被流接口驅(qū)動(dòng)函數(shù)識別，由S3C2440內(nèi)部的LCD控制器送往外部IXD模塊顯示預(yù)覽；通過CreateWindow這個(gè)API函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)用來顯示圖像的窗體，然后建立回調(diào)函數(shù)CaptureIliread-Proc的線程，在CaptureIliread-Proc中根據(jù)不同的操作向WINCE系統(tǒng)發(fā)送不同的消息值，處理圖像的讀取、顯示；
第五步，采集觸摸屏信息，決定存儲或丟棄圖像；當(dāng)系統(tǒng)需要存儲圖像時(shí)，力口載SD卡驅(qū)動(dòng)程序；SD卡的驅(qū)動(dòng)程序處理流程主要在sdhceventhandlers. cpp中的 handleAddDeviceO中，包括SD卡的識別，卡的上電，卡的種類的識別，加載Client端的驅(qū)動(dòng)；文件系統(tǒng)的讀寫會(huì)先到SDMemory層將CardIO轉(zhuǎn)化為DISKI0，然后通過BUS層傳遞給 Host Controller，其中讀寫主要由CMD17和CMD18，以及CMDM和CMD25完成；由于圖像信息已經(jīng)保存在以BUFFER為首地址的系統(tǒng)內(nèi)存中，只需要對這段內(nèi)存中的圖像信息進(jìn)行讀取即可以完成金相組織顯微圖像的保存；
第六步，去初始化，驅(qū)動(dòng)程序被系統(tǒng)卸載，釋放設(shè)備所有占用的資源，圖像采集和顯示過程結(jié)束。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
1、本發(fā)明的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，采用嵌入式處理器S3C2440，利用 ARM9超低功耗特性和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，與便攜式金相顯微鏡、圖像采集器適配器、CXD 圖像傳感器和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成金相組織采集系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)緊湊，取代金相顯微鏡、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)金相組織采集方案。甚至根本就不需要PC機(jī)的介入，在保證采集實(shí)時(shí)性的前提下，能有效降低成本，具有體積小、安裝攜帶方便、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)，對進(jìn)行現(xiàn)場金相檢查，現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)金相組織采集、顯示并進(jìn)行研究分析場合具有突出的優(yōu)勢，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。2、本發(fā)明以Windows Embedded CE 6. O作為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，開發(fā)周期短，內(nèi)核完善，主要是應(yīng)用層開發(fā)，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，利用WINCE豐富的GUI (圖形用戶接口)，能夠定制非常人性化的人機(jī)交互界面，而且系統(tǒng)維護(hù)相對容易。3、本發(fā)明采用SD模塊與嵌入式處理器連接，實(shí)現(xiàn)金相組織圖像的存儲功能，而且還進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)的無線傳輸功能，為后期的圖像處理以及定量金相分析系統(tǒng)的研制奠定了堅(jiān)實(shí)的前期基礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖2是本發(fā)明的圖像采集模塊中A/D轉(zhuǎn)換模塊的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明的S3C2440嵌入式處理器平臺的攝像機(jī)接口 ； 圖4是本發(fā)明的人機(jī)交互模塊的工作原理框圖；圖5是本發(fā)明的數(shù)據(jù)存儲模塊的SD卡的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖6是本發(fā)明的WINCE嵌入式系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)框圖； 圖7是本發(fā)明圖像采集和顯示的總流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程。本發(fā)明的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)實(shí)施例，如圖1所示，包括圖像采集模塊1、ARM嵌入式處理器2、人機(jī)交互模塊3和數(shù)據(jù)存儲模塊4，所述的ARM嵌入式處理器 2分別與所述的圖像采集模塊1、人機(jī)交互模塊3和數(shù)據(jù)存儲模塊4相互連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由硬件層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層組成。圖像采集模塊1由便攜式金相顯微鏡6、圖像采集器適配器7、(XD圖像傳感器8和 A/D轉(zhuǎn)換模塊9依次連接組成，所述便攜式金相顯微鏡6采集材料試樣5的光信號，所述A/ D轉(zhuǎn)換模塊9的輸出端與ARM嵌入式處理器2相連接。人機(jī)交互模塊3由IXD顯示模塊10和觸摸屏模塊11構(gòu)成，所述IXD顯示模塊10 與ARM嵌入式處理器2相連接；所述觸摸屏模塊11與ARM嵌入式處理器2相連接。數(shù)據(jù)存儲模塊4 包括 SDRAM 12、Nand Flash 13 和 SD 卡 14，所述 SDRAM 12、Nand Flash 13和SD卡14均分別與ARM嵌入式處理器相2連接。ARM嵌入式處理器2還連接有無線傳輸模塊15。作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述ARM嵌入式處理器2的型號是32位RISC嵌入式微處理器S3C2440 包括SDRAM控制器和外部存儲器接口、SD卡接口、IXD控制器、4線電阻式觸摸屏接口和8通道10位ADC ；利用ARM核內(nèi)運(yùn)行的WINCE操作系統(tǒng)對ARM進(jìn)行控制和管理， 包括進(jìn)程控制和文件系統(tǒng)的管理。CXD圖像傳感器8將便攜式金相顯微鏡6經(jīng)圖像采集器適配器7傳輸過來的的金相組織圖像信號進(jìn)行并行信號暫存和相位放大處理，輸出模擬圖像信號，再輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊9中；作為優(yōu)選實(shí)施方式，便攜式金相顯微鏡的型號是PTI-1700 ；
作為優(yōu)選實(shí)施方式，如圖2所示為圖像采集模塊中A/D轉(zhuǎn)換模塊的電路結(jié)構(gòu)圖，A/D轉(zhuǎn)換模塊9中視頻轉(zhuǎn)換芯片為極低功耗視頻解碼器TVP5151M。A/D轉(zhuǎn)換模塊將同步信號分離、 色度/亮度信號分離，轉(zhuǎn)換成以二進(jìn)制的數(shù)字信號，采取8位方式輸出，輸出的數(shù)字信號流直接輸入到ARM嵌入式處理器2的圖像數(shù)據(jù)采集單元中。如圖3所示，作為優(yōu)選實(shí)施方式，A/D轉(zhuǎn)換模塊9與ARM嵌入式處理器2的接口包括三部分SCCB (Serial Camera Control Bus，串行攝像機(jī)控制總線)接口、控制接口和數(shù)據(jù)輸出接口；
SCCB接口有兩根連線數(shù)據(jù)線SCL和時(shí)鐘線SDA，當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)；當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)； 它是ARM嵌入式處理器2向TVP5151M傳輸內(nèi)部寄存器初始化參數(shù)的通道，此時(shí)圖像采集模塊只能作為從設(shè)備，ARM嵌入式處理器2作為主設(shè)備，主設(shè)備對從設(shè)備進(jìn)行讀寫操作；
控制接口為圖像采集模塊和ARM嵌入式處理器2之間傳輸控制信號的通道，TVP5151M 內(nèi)部產(chǎn)生三個(gè)時(shí)鐘信號輸入到ARM中，用于對圖像進(jìn)行控制像素時(shí)鐘信號CAM_SCLK、幀同步信號CAM_VSYNC和行同步信號CAM_HSYNC ；每一個(gè)CAM_VSYNC脈沖表示開始采集一幀圖像數(shù)據(jù)，CAM_HSYNC的高電平表示采集一行圖像數(shù)據(jù)，圖像傳感器以從左到右的順序在每個(gè) CAM_SCLK脈沖過程中依次采集一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，直到一幀圖像數(shù)據(jù)全部采集完成；
數(shù)據(jù)輸出接口是8位YCbCr或RGB格式圖像數(shù)據(jù)向ARM傳輸?shù)耐ǖ溃琒3C2440嵌入式處理器 2 的 CAMIF (Camera Interface，攝像機(jī)接口)支持 8 位 4 :2 :2 的 ITU-R BT 601/656 信號，TVP5151M的數(shù)據(jù)接口 DATAW:7]與CAMIF的數(shù)據(jù)接口 CAMDATAW:7]相連接。如圖4所示為人機(jī)交互模塊的工作原理框圖。IXD顯示模塊10與S3C2440嵌入式處理器2內(nèi)部的IXD控制器相連接，通過驅(qū)動(dòng)程序，IXD控制器將定位于系統(tǒng)存儲器的顯示緩沖區(qū)的IXD圖像數(shù)據(jù)傳送到外部IXD控制器。觸摸屏模塊11為4線電阻式觸摸屏，它與S3C2440嵌入式處理器2內(nèi)部的A/D擴(kuò)
展觸摸屏接口相連接。作為優(yōu)選實(shí)施方式，圖5是本發(fā)明的數(shù)據(jù)存儲模塊的SD卡的電路結(jié)構(gòu)圖；SD卡的 CMD、CLK和DATA W:3]與S3C2440嵌入式處理器2內(nèi)部的SD卡控制器接口相連接。作為優(yōu)選實(shí)施方式，如圖6所示，本發(fā)明在軟件上以Windows Embedded CE 6. 0嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序框架為基礎(chǔ)，根據(jù)各單元接口和硬件設(shè)計(jì)而成。系統(tǒng)核心包括三層硬件層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。LCD顯示模塊10、觸摸屏模塊11采用本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)；圖像采集模塊1采用流接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，定制的流接口函數(shù)直接調(diào)用與硬件設(shè)備相關(guān)的處理函數(shù)，省去了層與層之間的調(diào)用和信息傳遞，提高了圖像采集處理過程的實(shí)時(shí)性。其中，視頻轉(zhuǎn)換芯片TVP5151M的驅(qū)動(dòng)程序被編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫camera, dll文件，而且還提供了所有的功能接口函數(shù)，由設(shè)備管理器加載、調(diào)用、提供電源和I/O管理，內(nèi)核為驅(qū)動(dòng)程序提供中斷服務(wù)，應(yīng)用程序通過系統(tǒng)的API調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的流接口函數(shù)發(fā)送命令，從而實(shí)現(xiàn)WINCE操作系統(tǒng)對視頻轉(zhuǎn)換芯片TVP5151M的動(dòng)態(tài)管理。本發(fā)明還涉及上述嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)的顯示方法，包括以下步驟
第一步，系統(tǒng)開機(jī)，系統(tǒng)參數(shù)初始化。啟動(dòng)過程中，系統(tǒng)調(diào)用MitDisplayO函數(shù)在 Eboot階段初始化LCD和觸摸屏；圖像采集驅(qū)動(dòng)程序被設(shè)備管理器加載時(shí)自動(dòng)調(diào)用圖像采集初始化函數(shù)，進(jìn)行以下操作使用函數(shù)VirtualAllocO和VitualCopyO為硬件設(shè)備寄存器分配虛擬地址空間、初始化圖像采集設(shè)備TVP5151M、初始化中斷服務(wù)線程；
第二步，連接1/0控制，查詢圖像信息后設(shè)定傳輸模式，根據(jù)獲取的設(shè)備信息和圖像信息調(diào)用API函數(shù)決定是否捕獲；應(yīng)用程序通過系統(tǒng)激活1/0控制函數(shù)CIS_I0C，向驅(qū)動(dòng)程序傳遞包括讀寫和參數(shù)設(shè)置在內(nèi)的設(shè)備控制命令，控制命令以1/0控制代碼(IOCTL)的形式發(fā)送給驅(qū)動(dòng)程序。圖像捕獲開始命令的1/0控制程序?yàn)?br> #define I0CTL_CAM_C0NT CTL_C0DE(FILE_DEVICE_VIDE0 ， 4 ， METHOD _NEITHER ， FILE_ANY_ACCESS)
當(dāng)驅(qū)動(dòng)接收到應(yīng)用程序發(fā)送的使能并初始化攝像頭的控制代碼I0CTL_CAM_C0NT， 就執(zhí)行流接口函數(shù)CIS_I0C中對應(yīng)的程序段 Case I0CTL_CAM_C0NT RETAILMSG(1, (TEXT("CAMERA:I0CTL_CAM_C0NT\r\n")))； //DisplayEnable = 1，攝像機(jī)使能
s2440 INT ->INTMSK &= BIT_CAM ；// 打開 CAMIF 接口中斷掩碼
s2440INT->INTSUBMSK &= (BIT_SUB_CAM_P | BIT_SUB_CAM_C) ；//打開 DMA_C 和DMA_P通道的中斷掩碼
Camif_Capture (CAPTURE_0N, CAPTURE_0N) ； // 打開全局捕獲功能 SetEvent (CameraEvent)；
#ifndef YL_2440_SUPP0RT//條件編譯捕獲程序
s2440I0P->GPGC0N &= (0x3<<24)； s2440I0P->GPGC0N = (0xl 24)； #endif
frame_count = 0;//幀計(jì)數(shù)器置零
break;
第三步，捕獲圖像并存儲到緩沖區(qū)，直至結(jié)束捕獲；數(shù)字信號流通過CAMIF的數(shù)據(jù)接口 CAMDATA
直接輸入到S3C2440嵌入式處理器2的圖像數(shù)據(jù)采集單元中，單元內(nèi)部將捕獲的圖像數(shù)據(jù)以DMA (Direct Memory Access，直接存儲器訪問)方式傳輸?shù)絻?nèi)存中；
第四步，緩沖區(qū)的CAMDATA數(shù)據(jù)直接被流接口驅(qū)動(dòng)函數(shù)識別，由S3C2440內(nèi)部的LCD控制器送往外部IXD模塊10顯示預(yù)覽；通過CreateWindow這個(gè)API函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)用來顯示圖像的窗體，然后建立回調(diào)函數(shù)CaptureIliread-Proc的線程，在CaptureIliread-Proc中根據(jù)不同的操作向WINCE系統(tǒng)發(fā)送不同的消息值，處理圖像的讀取、顯示；
第五步，采集觸摸屏信息，決定存儲或丟棄圖像；當(dāng)系統(tǒng)需要存儲圖像時(shí)，力口載SD卡驅(qū)動(dòng)程序；SD卡的驅(qū)動(dòng)程序處理流程主要在sdhceventhandlers. cpp中的 handleAddDevice 0中，在這里面包括了 SD卡的識別、卡的上電、卡的種類的識別、加載 Client端的驅(qū)動(dòng)等工作；文件系統(tǒng)的讀寫會(huì)先到SDMemory層將CardIO轉(zhuǎn)化為DISKI0， 然后通過BUS層傳遞給Host Controller，其中讀寫主要由CMD17和CMD18，以及CMDM和 CMD25完成；在完成每一次BUS層的處理之后，都要向BUS層發(fā)送一個(gè)BUSRequest Handle Complete事件，通知BUS層讀寫操作已經(jīng)完成；讀寫操作需要用到DMA操作，COPY動(dòng)作，DMA 需要物理地址，而層傳下來的BUF是虛擬地址。由于圖像信息已經(jīng)保存在以BUFFER為首地址的系統(tǒng)內(nèi)存中，只需要對這段內(nèi)存中的圖像信息進(jìn)行讀取即可以完成金相組織顯微圖像的保存；
第六步，去初始化，驅(qū)動(dòng)程序被系統(tǒng)卸載，釋放設(shè)備所有占用的資源，圖像采集和顯示過程結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于包括圖像采集模塊(1)、ARM 嵌入式處理器(2 )、人機(jī)交互模塊(3 )和數(shù)據(jù)存儲模塊(4 )，所述的ARM嵌入式處理器(2 )分別與所述的圖像采集模塊(1)、人機(jī)交互模塊(3)和數(shù)據(jù)存儲模塊(4)相互連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由硬件層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層組成；所述圖像采集模塊(1)由便攜式金相顯微鏡、圖像采集器適配器、CXD圖像傳感器和A/ D轉(zhuǎn)換模塊依次連接組成，所述便攜式金相顯微鏡采集材料試樣的光信號，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與ARM嵌入式處理器相連接；所述人機(jī)交互模塊(3)由IXD顯示模塊、觸摸屏模塊和ARM嵌入式處理器相互連接而成；所述IXD顯示模塊與ARM嵌入式處理器相連接；所述觸摸屏模塊與ARM嵌入式處理器相連接；所述數(shù)據(jù)存儲模塊(4)包括SDRAM、Nand Flash和SD卡；所述SDRAM、Nand Flash和 SD卡分別與ARM嵌入式處理器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述 ARM嵌入式處理器還連接有無線傳輸模塊(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與ARM嵌入式處理器的接口包括三部分SCCB接口、控制接口和數(shù)據(jù)輸出接□。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述 SCCB接口與ARM嵌入式處理器有兩根連線數(shù)據(jù)線SCL和時(shí)鐘線SDA，圖像采集模塊作為從設(shè)備，ARM嵌入式處理器作為主設(shè)備，主設(shè)備對從設(shè)備進(jìn)行讀寫操作；所述控制接口與ARM 嵌入式處理器有三根連線像素時(shí)鐘信號CAM_SCLK、幀同步信號CAM_VSYNC和行同步信號 CAM_HSYNC ；所述數(shù)據(jù)輸出接口 DATA與CAMIF的數(shù)據(jù)接口 CAMDATA相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述 IXD顯示模塊與S3C2440嵌入式處理器內(nèi)部的IXD控制器相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述觸摸屏模塊為4線電阻式觸摸屏，它與S3C2440嵌入式處理器內(nèi)部的A/D擴(kuò)展觸摸屏接口相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)在軟件上以Windows CE嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序框架為基礎(chǔ)，根據(jù)各單元接口和硬件設(shè)計(jì)而成，系統(tǒng)核心架構(gòu)包括三層硬件層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層，LCD顯示模塊、觸摸屏模塊采用本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)；圖像采集模塊采用流接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)，其特征在于所述的圖像采集模塊的驅(qū)動(dòng)程序被編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫camera, dll文件，由設(shè)備管理器加載、調(diào)用、提供電源和I/O管理，內(nèi)核為驅(qū)動(dòng)程序提供中斷服務(wù)，應(yīng)用程序通過系統(tǒng)的API調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的流接口函數(shù)發(fā)送命令，從而實(shí)現(xiàn)WINCE操作系統(tǒng)對圖像采集模塊的動(dòng)態(tài)管理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)的顯示方法，其步驟為 第一步，系統(tǒng)開機(jī)，系統(tǒng)參數(shù)初始化，啟動(dòng)過程中，在m^oot階段初始化LCD和觸摸屏；為硬件設(shè)備寄存器分配虛擬地址空間、初始化圖像采集設(shè)備、初始化中斷服務(wù)線程；第二步，連接I/O控制，查詢圖像信息后設(shè)定傳輸模式，根據(jù)獲取的設(shè)備信息和圖像信息調(diào)用API函數(shù)決定是否捕獲；應(yīng)用程序通過系統(tǒng)激活I(lǐng)/O控制函數(shù)CIS_I0C，向驅(qū)動(dòng)程序傳遞包括讀寫和參數(shù)設(shè)置在內(nèi)的設(shè)備控制命令，控制命令以I/O控制代碼的形式發(fā)送給驅(qū)動(dòng)程序；第三步，捕獲圖像并存儲到緩沖區(qū)，直至結(jié)束捕獲；第四步，緩沖區(qū)的CAMDATA數(shù)據(jù)直接被流接口驅(qū)動(dòng)函數(shù)識別，由S3C2440內(nèi)部的IXD控制器送往外部IXD模塊顯示預(yù)覽；在CaptureThread-Proc回調(diào)函數(shù)的線程中根據(jù)不同的操作向WINCE系統(tǒng)發(fā)送不同的消息值，處理圖像的讀取、顯示；第五步，采集觸摸屏信息，決定存儲或丟棄圖像；當(dāng)系統(tǒng)需要存儲圖像時(shí)，加載SD卡驅(qū)動(dòng)程序；包括SD卡的識別，卡的上電，卡的種類的識別，加載Client端的驅(qū)動(dòng)；對BUFFER 為首地址的這段系統(tǒng)內(nèi)存中的圖像信息進(jìn)行讀取，完成金相組織顯微圖像的保存；第六步，去初始化，驅(qū)動(dòng)程序被系統(tǒng)卸載，釋放設(shè)備所有占用的資源，圖像采集和顯示過程結(jié)束。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的嵌入式便攜金相組織采集顯示方法，其特征在于第三步中，數(shù)字信號流通過CAMIF的數(shù)據(jù)接口 CAMDATA
直接輸入到S3C2440嵌入式處理器的圖像數(shù)據(jù)采集單元中，單元內(nèi)部將捕獲的圖像數(shù)據(jù)以DMA方式傳輸?shù)絻?nèi)存中。
全文摘要
基于ARM+WINCE的嵌入式便攜金相組織采集顯示系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括圖像采集模塊、ARM嵌入式處理器、人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊；圖像采集模塊包括便攜式金相顯微鏡、圖像采集器適配器、CCD圖像傳感器和A/D轉(zhuǎn)換模塊；人機(jī)交互模塊包括LCD顯示模塊、觸摸屏模塊；數(shù)據(jù)存儲模塊包括SDRAM、NandFlash和SD卡。本發(fā)明采用視覺傳感方法，設(shè)計(jì)基于S3C2440嵌入式硬件處理平臺和WindowsCE操作系統(tǒng)的金相圖像信息采集系統(tǒng)，通過相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)顯微圖像的采集、顯示和存儲等操作。本發(fā)明能快速有效地獲取清晰的金相組織顯微圖像，性能穩(wěn)定、體積小、便攜、成本低，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號G01N21/84GK102519960SQ20111039096
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者吳開源, 李順華, 林介東, 聶銘, 董重里, 趙卓立 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院