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圖像監控以其直觀、方便、信息內容豐富而被廣泛應用于許多場合。在電子技術與通訊技術的發展過程中，圖像監控系統的技術水平直接反映了不同階段電子與通訊的技術狀況。上世紀90年代末，隨著多媒體技術、視頻壓縮編碼技術和網絡通訊技術的發展，數字視頻監控系統迅速崛起。在數字圖像監控系統中，嵌入式監控系統主要由嵌入式處理器、以太網接口控制器等相關支撐硬件及嵌入式操作系統組成。 1 設計方案 采用TI公司的TMS320VC5471為處理器，此芯片是一種雙內核器件，內部集成了一個帶程序和數據存儲器(均為RAM)的TMS320C54x DSP子系統和一個帶仿真工具的ARM7TMRISC微控制器核。在雙CPU系統中，ARM7TDMI作為主CPU，負責圖像數據的存儲、圖像數據遠程傳輸、存儲容量的擴展等系統的功能；DSP作為從CPU，它是圖像采集和數據處理的核心，完成圖像采集及處理系統的功能。ARM子系統與DSP子系統數據的傳輸非常頻繁，系統選用共享雙口RAM存儲器方式來實現DSP與ARM7TDMI之間的通信。 2 硬件系統 2.1 主機控制單元 ARM子系統與DSP子系統數據的傳輸非常頻繁，數據傳輸的可靠性和實時性直接決定系統的性能。所以，本系統選用共享雙口RAM存儲器方式來實現DSP與ARM7TDMI之間的通信，如采用IDT司生產的雙口RAMIDT70V24，其容量為4K×16位。 在工作時不可避免的要碰到雙核內部的通信問題，本設計采用中斷的通信方式，任何一方都是先將準備好的數據放入API存儲器中，然后發出中斷信號，通知對方可以取數，對方接到中斷之后，進入中斷服務程序從API存儲器中取走數據。 2.2 模擬圖像采集及處理單元 圖像信號通過CCD攝像頭采集并輸出模擬圖像信號，模擬圖像A／D轉換采用Philips公司的SAA7111A來實現。該芯片可實現多路選通、鎖相與時序、時鐘產生與測試、ADC、亮色分離等功能，其輸出可以具有如下格式：YUV4：1：1(12bit)、YUV 4：2：2(16bit)、YUV4：2：2(CCIR-656)(8bit)等，靈活輸出不同的數字圖像數據格式。由于DSP處理芯片和SA7111A的時序不同，可以通過CPLD進行邏輯控制FIFO來完成數據緩存的功能。 2.3 鍵盤控制單元 本系統采用TI公司的TMS320VC5471為處理器，連接成一個矩陣式鍵盤是非常容易的，其ARM側提供了鍵盤專用接口KBGPIO。KBGPIO[15：8]在芯片內部已通過上拉電阻接+3.3V高電平，并且被配置成輸入口，可用來作為矩陣鍵盤的行輸入，KBGPIO[7：0]被配置為輸入口，可以用來作為矩陣鍵盤的列輸入，該鍵盤電路輸入無需再通過上拉電阻接至高電平，只將行和列線引出接到鍵的兩端即可。鍵盤總共可以有24個實際的硬鍵，每個按鍵的功能可由用戶隨意定義功能。 2.4 存儲容量擴展單元 系統中有大量的數據要記錄下來，需要大量內存來保存測量的數據，在主CPU上連接SRAM、FLASH、CF卡。CF卡具有存儲容量大、讀寫速度快、靈活性強的特點，是一種理想的存儲載體，本系統選用KINGMAX公司生產的CompactFlash Card，該卡的存儲容量是1G，利用芯片ARM核內置集成電路IIC接口，把CompactFlash卡連接到微控制器的IIC接口。在存儲器映像模式中，一條8比特數據總線控制著CompactFlash卡，軟件能把數據直接寫到CompactFlash卡。 2.5 以太網控制單元 TMS320VC5471的網絡模塊(EIM)可以實現IEEE802.3協議及全雙工／半雙工模式的10／100Mbit／s的MAC層的功能。本系統的PHY接口采用Realtek公司生產的RTL8201BL芯片構成，RTL8201BL使用MII接口與TMS320VC5471的MAC控制器直接相連，RTL8201的發送輸出引腳TPTX±和接收輸入TPRX±通過網絡隔離變壓器與RJ45雙絞線接口連接，實現數據通道的安全隔離。 2.6 實時圖像監控單元 將本系統連接到Internet網絡上，可以通過Internet進行實時圖像監控，不必親臨現場。μC／OS-II是一款實時嵌入式操作系統，該操作系統是一個公開源代碼占先式多任務微內核的RTOS。本設計選用μC／OS-II，將其移植到TMS320VC5471內嵌的ARM7核上。網絡通信協議通過TCP／IP協議棧選用LwIP協議棧，把LwIP協議棧移入來實現。 3 軟件設計 采用ARM匯編語言，各系統做成子程序功能塊，這樣不但可以使程序緊湊、便于閱讀，而且可以增強程序移植性，調試、更改各功能模塊也更方便。 本文提出的基于雙CPU實時圖像監控的嵌入式系統設計方法，充分利用了TMS320VC5471的高性能和嵌入式操作系統的實時穩定的特點，采用TCP／IP協議建立與Internet的連接，實現了實時圖像監控的遠程控制。這種雙CPU處理器與嵌入式操作系統相結合的模式，可以廣泛應用于工業控制、產品制造、智能交通等的視頻檢測領域， 具有廣泛的應用前景。 |
