基于USB 2．0的便携式红外目标跟踪系统设计与实现

USB微控制器是实现USB通信的核心，同时也是系统的内部通信中心。USB微控制器不仅要负责实时信息处理机与主机USB通信，同时还要负责与伺服转台、热像仪、预留扩展接口等的通信。为了实现稳定闭环跟踪，实时信息处理机处理结果中包含的目标脱靶量必须以50 f/s的速率实时地传送给伺服转台，此传输不能受主控计算机与实时信息处理机USB通信的影响。由于windows操作系统本身多进程与USB传输的主从式工作原理，主控计算机之间的USB传输常被其他进程打断，导致USB传输速率下降，无法保证当前图像与目标信息以50 f／s的恒定速率实时传输给主控计算机显示。本系统中USB微控制器利用内部集成的强型805l内核通过对其可编程接口控制逻辑的合理设计和芯片内部F1FO的有效运用，根据本系统各种数据传输对时间、速率和可靠性的不同要求灵活运用控制传输、中断传输和批量传输，保证上述各种通信过程互不影响，有效地保证伺服转台的闭环跟踪性能。其固件程序流程图如图2所示。

2．2 USB驱动程序设计

　　USB总线的驱动程序是运行在便携式计算机上并实现对其内嵌的LISB控制器进行控制，USB总线的驱动程序由USB主机控制器驱动，USB协议栈(包括总线管理、设备管理、多主机控制器管理等工作)，USB设备驱动程序(实现对特定类设备的配置管理、数据传输管理)3部分组成。Microsoft提供的一组驱动程序占据了系统软件的底部。这些驱动程序包括主控制器驱动程序(OPENHCI．SYS或者UHCD．SYS)、HUB驱动程序(USBHUB．SYS)和一个类驱动程序(USBD．SYS)，由控制器驱动程序使用。把USBD下面的所有驱动程序看成一个整体，本系统设计的设备驱动程序主要与这个整体进行交互，占据系统软件的顶部，管理着硬件连接和管道通信。设备驱动程序的工作就是把客户软件的请求翻译成USBD能执行的事务。

　　本系统的驱动程序的功能就是在固件程序的配合下完成USB控制、数据传输、电源管理和固件加载。具体而言，设备功能驱动程序需要完成的工作分别为：初始化；创建和删除设备；处理win32打开和关闭文件句柄的请求；处理控制传输的请求；处理中断传输的请求；处理批量传输的请求；固件加载；处理一个可热插拔设备被添加或删除的情况；处理电源管理的请求。

3 实时信息处理机硬件设计

　　实时信息处理机是红外自动目标检测跟踪系统的关键部分，他实现对红外热像仪数据的获取，对图像中的目标进行实时检测，并将目标信息如脱靶量等传递给伺服控制系统及外部扩展接口。同时，该分系统还负责热像仪、伺服控制分系统、主控计算机及扩展接口之间的通信。 热像仪图像大小为320×256，帧频为50帧／s，通过对目标检测跟踪算法的分析可知：其数据量大且图像处理算法运算量大，而系统对实时性的要求高。以上这些特点对硬件平台的设计提出了很高的要求。国内一些同行在实时图像处理机的设计中采用了DSP阵列结构［3.4］，用多块

　　DSP协同工作来提高处理机的实时处理能力。由于本文设计的便携式红外目标自动检测与跟踪系统实时信息处理机的体积和功耗受到严格限制，在对各方面因素进行综合考虑的基础上，结合处理算法的动态可变和可重构特点，根据目标信息处理的基本流程设计了基于单片DSP+FPGA的实时信息处理机硬件平台，发挥DSP和FPGA各自的优势，合理划分处理任务，使得效率和灵活性得到充分提高。其结构框图如图3所示：

　　其结构框图如图3所示：