隨著科技的發展，多核心處理器的技術被廣大的應用在生活中的3C
產品中，如何縮短程式處理執行的時間變成非常重要的問題。本論文
主要是探討利用異質雙核心嵌入式系統進行影像處理的效率，並希望
在未來能將之應用於無人飛行器上。一般在無人飛行器的視訊導航
中，若不是將影像傳至地面站處理，再將結果上傳，就是在單板電腦的
CPU 上直接運算。本研究透過比較ARM+DSP 的運算時間，與直接
用ARM 做運算的時間，來比較兩種模式的運算效率。在研究的方式，
首先在我們的開發主機上建構OpenEmbedded 的開發環境及TI(Texas
Instruments，德州儀器) 所開發的DSP/BIOS LINK，之後安裝在嵌入式
開發板BeagleBoard-xM Rev.C 上，並改寫LOOP 範例程式，完成簡單
的影像處理，再比較其程式執行時間。本研究用不同大小的圖片進行測
試，發現使用ARM+DSP 來進行影像處理，比單純用ARM 進行影像處
理節省不少時間。此研究成果可為日後直接在機載電腦上進行視訊導航，
進行鋪路。

With the development of technology is widely applied to 3C products. How to shorten the
processing time of program becomes a very important issue.This thesis investigates the efficiency
of image processing using DSP collaborating with ARM for potential applications
to onboard vision navigation of unmanned aerial vehicles (UAVs). Conventionally, a UAV
with vision navigation either transmits the images to the ground station for processing,
or process the images in the CPU. By comparing the processing time of ARM+DSP and
of ARM only, we are able to conclude the which method has better efficiency. Specifically,
this thesis illustrates step by step how to install operation systems in the ARM,
and how to do image processing using DSP collaborating with ARM. Sample programs
are provided for readers. Images of various sized are provided as examples to show the
efficiency of our proposal. This thesis potentially contributes to the vision navigation of
UAVs in Tamkang University.

目錄
致謝i
中文摘要ii
英文摘要iii
1 緒論1
1.1 研究動機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 文獻回顧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 研究步驟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 韌體及硬體介紹4
2.1 硬體介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1 BeagleBoard-xM Rev.C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.2 ARM 架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.3 DSP 架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 韌體介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1 Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.2 Ubuntu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.3 OpenEmbedded . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.4 Angstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.5 DSP/BIOS LINK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
開發系統環境建置12
3.1 準備環境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2 microSD 開機片製作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3 安裝OpenEmbedded 開發環境及TI DSPLINK . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.4 安裝TI DSPLINK 進BeagleBoard-xM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.5 在BeagleBoard-xM 測試DSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4 DSPLINK 程式範例18
4.1 矩陣運算程式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.1.1 GPP 端程式loop.c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.1.2 DSP 端程式tskloop.c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.1.3 程式結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2 影像處理程式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2.1 GPP 端loop.c 程式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.2.2 DSP 端tskloop.c 程式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2.3 程式結果與討論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5 結論與未來展望39
5.1 結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.2 未來展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

圖目錄
1.1 嵌入式系統的相關產品[1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 研究步驟流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1 BeagleBoard-xM 實體及說明圖[12] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 DM3730 處理器架構圖[13] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 ARM 處理器的使用普及[14] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.4 Linux 的官方圖標[15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5 DSP/BIOS LINK 軟體架構圖[16] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.1 BeagleBoard-xM 開機畫面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2 在BeagleBoard-xM 測試DSP 程式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.1 loop 程式範例流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2 GPP 端LOOP Creat 程式流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.3 GPP 端LOOP Execute 程式流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.4 GPP 端LOOP Delete 程式流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.5 DSP 端TSKLOOP Creat 程式流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.6 DSP 端TSKLOOP Executet 程式流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.7 DSP 端TSKLOOP Delete 程式流程圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.8 輸入a,b 矩陣. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.9 DSP 運算後的a,b,c 矩陣的值. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.10 ARM 的運算結果與DSP 的運算結果比對. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.11 BMP 圖片檔案結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.12 以C 語言的結構表示BMP 圖片結構[17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.13 讀取RGB 資料開始之前的資料偏移量[17] . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.14 讀取圖片的寬度跟高度[17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.15 寬度跟高度分別傳入buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.16 讀取圖片的RGB 資訊[17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.17 RGB 資訊傳入buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.18 從buffer 將經DSP 運算後的資料讀出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.19 將檔案大小、寬度、高度寫回Bitmap Info Header[17] . . . . . . . . . . . 34
4.20 原圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.21 原圖前7 個pixel 的RGB 值. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.22 使用ARM 處理器運算後的結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.23 使用ARM 處理器做影像處理後的前7 個pixel 的RGB 值及程式的運算
時間. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.24 使用ARM+DSP 處理器運算後的結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.25 使用ARM+DSP 處理器做影像處理後的前7 個pixel 的RGB 值及程式
的運算時間. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

表目錄
2.1 BeagleBoard-xM 的硬體規格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4.1 不同大小的圖片使用不同處理器的程式執行時間比較. . . . . . . . . . . . 38
4.2 不同大小的圖片的節省時間. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

參考文獻
[1] 混沌系統與訊號處理實驗室，http://140.113.150.201/research/embedded.php
[2] 邢國慶、張廣利、鄒浪，“Linux 學習手冊–以Ubuntu 為範例”，佳魁資訊股份有
限公司，2010.
[3] 七人行工作室，“Linux 設定. 使用. 故障排除的工具箱”，博碩文化股份有限公司，
2008.
[4] Sreekrishnan Venkateswaran, “Linux 驅動程式開發實戰”，精誠資訊股份有限公司，
2009.
[5] 萬木楊，“大話處理器了解DSP.CPU. 及MCU 基礎架構”，佳魁資訊股份有限公
司，2012.
[6] 林傳生、李佩謙，“數位訊號處理器(DSP) 簡介與應用”，全華科技圖書股份有限
公司，1996.
[7] 李清、林育賢、連怡仲、侯志忠、蘇秦光，“內嵌式C32 DSP 實務應用”，全華科
技圖書股份有限公司，2002.
[8] 盧怡仁、蔡偉和，“數位信號處理平台在嵌入是系統的應用”，文魁資訊股份有限公
司，2006.
[9] 郭任秩，“多頻道數位電視訊息和程及整合平台”，碩士論文，電機工程學系碩士
班，國立中央大學，桃園，2008.
[10] 陳俊霖，“嵌入式雙核心平台實現即時前景偵測”，碩士論文，資訊工程學系碩士
班，國立中央大學，桃園，2010.
[11] Shen Khang Teoh, Vooi Voon Yap, Chit Siang Soh, Patrick Sebastian, Implementation
and Optimization of Human Tracking System using ARM Embedded Platform,
Intelligent and Advanced Systems (ICIAS), 2012 4th International Conference on
(Volume:1).
[12] Lessons We Learned and Lessons You Can LearnBuilding BeagleBoard, http://beagle.
s3.amazonaws.com/esc/Lessons-esc-chicago-2010.pdf
[13] DM3730, DM3725 Digital Media Processors, Texas Instruments Incorporated
[14] Morrow, Michael G. http://morrow.ece.wisc.edu/ECE353/lessons/week2.pptx
[15] Linux - 维基百科，自由的百科全书- 维基百科- Wikipedia http://zh.wikipedia.org/
wiki/Linux
[16] DSP/BIOSTM LINK USER GUIDE, Texas Instruments Incorporated
[17] 真OO 无双-博客园, http://www.cnblogs.com/oomusou/