3、軟件構(gòu)成

　　3.1、數(shù)據(jù)處理

　　AD轉(zhuǎn)換器的像素采集率可以高達(dá)2.1M像素每秒。首先，圖像數(shù)據(jù)被存儲在微處理器的緩沖存儲器里。因為每秒2.1M的數(shù)據(jù)量對軟件來說實在太過分，圖像數(shù)據(jù)會存儲到PLD的先進(jìn)先出隊列里。隊列半滿時觸發(fā)微處理器的DRDT中斷，然后微處理器一次接受一半隊列的數(shù)據(jù)。隊列的大小是16字節(jié)，也就是說軟件的操作周期只要有像素采集率的1/8就足夠。這對觸發(fā)中斷來說不算太快，但是仍然需要微處理器高速運(yùn)行。這個項目里用了ARM7TDMI核心的快速中斷請求功能（FIQ，fast interrpt request，通過編組寄存器產(chǎn)生低延遲中斷），可惜在Cortex-M3核心中這一功能被去掉了。

　　當(dāng)微處理器響應(yīng)FIQ請求時，一些寄存器切換到FIQ的編組寄存器狀態(tài)，然后FIQ例程可以直接進(jìn)入/離開而省去了切換過程。為了最大化執(zhí)行效率，一般來說FIQ例程是用匯編語言寫的。在啟用這一功能的 數(shù)據(jù)波形圖 里，可以觀察到8位的數(shù)據(jù)在不用存儲的時候只需要0.8微秒處理，加上DMA模式下從總線寫入SD卡也只用了2微秒，這樣的延遲可以接受。

　　在每一行數(shù)據(jù)中有1094個像素，但其中有效的只有1024個。這些數(shù)據(jù)被存入內(nèi)存，中斷信號SYNC#在每一行數(shù)據(jù)的開始輸出，用來同步第一個像素的數(shù)據(jù)。

　　3.2、重建圖像

　　捕捉到的數(shù)據(jù)可以用通用的8位灰度BMP位圖格式存儲在MicroSD卡里，寬1024像素，長視拍攝時間而定。存儲的格式是DCIMLCAMYnnnn.BMP（nnnn 是編號），和普通的數(shù)碼相機(jī)幾乎一樣。

　　在使用廉價的微處理器將圖像數(shù)據(jù)存入SD卡時會遇到一些困難，主要是輸入的數(shù)據(jù)要在極短的時間內(nèi)存進(jìn)文件。這個制作中的最大數(shù)據(jù)傳輸率是2MB每秒。幸運(yùn)的是LPC2368有一個MCI（SD/MMC卡的原生控制模式），它能提供8MB/s的數(shù)據(jù)讀取和6MB/s的數(shù)據(jù)寫入能力。但是這是指讀寫大文件時的平均速度，事實上每次讀寫之間都需要一些死時間用在SD卡的內(nèi)部處理和文件系統(tǒng)上，為了避免這些浪費(fèi)，一個數(shù)據(jù)緩沖器被用來在死時間中暫存數(shù)據(jù)，但是微處理器系統(tǒng)的內(nèi)存大小是有限的，不一定有足夠的空間進(jìn)行緩沖。

　　讓我們估計一下每次寫數(shù)據(jù)操作所能容許的時間耗費(fèi)。在這個制作里，所有32K的SRAM都用來做數(shù)據(jù)緩沖器，而程序在16K的ethernet RAM上運(yùn)行。數(shù)據(jù)緩沖器分成兩半，其中一塊填充數(shù)據(jù)的時候另一塊將數(shù)據(jù)寫入閃存。 這要求在每8毫秒里寫入16KB的數(shù)據(jù)，每次操作必須在下次操作之前完成 。接下來的軟件技巧可以解決這個問題。

　　數(shù)據(jù)寫入過程中最重要的延遲發(fā)生在集群分配時，在實時操作系統(tǒng)里這是個很大的問題，集群分配導(dǎo)致的死時間視情況不同可能高達(dá)數(shù)秒鐘。這個制作里使用集群預(yù)分配（寫入數(shù)據(jù)時用f-lseek函數(shù)申請一個比目前需要大很多的空間）來避免寫入數(shù)據(jù)時進(jìn)入分區(qū)表重新定位。每次寫入操作都包含一個用來結(jié)束操作的集群邊界條件。想象一下SD卡里的文件預(yù)先整理出一塊整齊的空間給數(shù)據(jù)，這就避免了寫入數(shù)據(jù)過程中大量導(dǎo)致延遲的未知問題。

　　盡管有這些用來盡可能減小死時間的方法，SD卡或多或少還有一些內(nèi)部處理時間。在挑選SD卡的時候需要挑寫入速度盡可能快的SD卡。我在許多牌子之間做過比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)東芝產(chǎn)SD卡有最小的寫入延遲，也有最穩(wěn)定的表現(xiàn)。

　　3.3、顯示圖像

　　由于獲得的圖像數(shù)據(jù)都是一維的線條，它不能像傳統(tǒng)平面成像的二維圖像一樣顯示。為了這個問題需要一些特別的顯示模式。

　　其中一種是范圍視圖，輸入的圖像信號連接到Y(jié)軸，就像像示波器的輸入。Y軸信號表示亮度，X軸信號表示各點(diǎn)在線性傳感器上的位置。這個模式適于用來觀察感光度和聚焦情況。不同點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的差距可以用來幫助對焦，當(dāng)圖像聚焦時，波形圖上產(chǎn)生許多峰谷，出現(xiàn)最大的峰峰值表明焦距已經(jīng)對上。這是現(xiàn)在數(shù)碼相機(jī)里自動對焦功能的原型。

　　另外一種是卷動視圖，圖像向上卷動，新掃描到的圖像出現(xiàn)在屏幕底部。這個模式能夠用來調(diào)整線分辨率。最后生成的二維圖像的高寬比決定于線分辨率和物體移動的速度。卷動視圖能夠展現(xiàn)出捕捉到的2D景象，但是如果被攝物體不移動就只剩下水平的線了，所以相機(jī)或者物體之一一定要在給定的運(yùn)動速度下拍攝，這樣才能一邊觀察一邊調(diào)節(jié)線分辨率。