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系統識別號 U0002-1908201313283200
中文論文名稱 應用異質雙核心系統於影像處理之探討
英文論文名稱 Image Processing Using A Heterogeneous Dual-core Embedded System
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 樊人鳳
研究生英文姓名 Ren-Feng Fan
學號 600430705
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-07-17
論文頁數 41頁
口試委員 指導教授-蕭富元
委員-馬德明
委員-張浩基
中文關鍵字 異質雙核心嵌入式系統  ARM+DSP  影像處理  BeagleBoard 
英文關鍵字 Heterogeneous Dual-core Embedded Systems  ARMDSP  Image Processing  BeagleBoard 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 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。
英文摘要 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.
論文目次 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 參考文獻
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[15] Linux - 维基百科,自由的百科全书- 维基百科- Wikipedia http://zh.wikipedia.org/
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[16] DSP/BIOSTM LINK USER GUIDE, Texas Instruments Incorporated
[17] 真OO 无双-博客园, http://www.cnblogs.com/oomusou/
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