主頁（http://www.130131.com）：一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 一、引言 應(yīng)用嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控領(lǐng)域最新的發(fā)展趨勢,嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)快速發(fā)展并相互結(jié)合的高新技術(shù)產(chǎn)品,嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改變以往的監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),滿足了現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、分布式、實(shí)時(shí)性等,可廣泛應(yīng)用在電信、電力、交通、銀行、水利、智能大廈等領(lǐng)域。正是在這一背景下,本文設(shè)計(jì)了一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)在32位高性能嵌入式處理器和專用視頻壓縮芯片的硬件平臺(tái)上,采用MPEG-4編碼技術(shù),嵌入式Linux操作系統(tǒng)和流媒體技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用本系統(tǒng)可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化視頻監(jiān)控,具有體積小、圖像質(zhì)量穩(wěn)定、遠(yuǎn)距離監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn),具有良好的應(yīng)用與發(fā)展前景。 本文從視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展歷史和嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀入手,分析了嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù),對通用的嵌入式處理器和專用視頻壓縮芯片進(jìn)行了深入的研究,給出了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和功能規(guī)劃�；谏厦娴谋尘昂蛯κ袌鲞M(jìn)行深入調(diào)查取證,研究了目前流行的嵌入式系統(tǒng)和MPEG-4專用視頻壓縮芯片方案,在嵌入式系統(tǒng)方面確定了在AT91RM9200芯片上構(gòu)建嵌入式Web服務(wù)器的解決方案。 二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，從主體上分為兩部分：服務(wù)器端和客戶端。服務(wù)器端主要包括嵌入式處理器、攝像頭及其他外圍輔助設(shè)備，同時(shí)還包含運(yùn)行在嵌入式平臺(tái)上的采集、壓縮與傳輸程序;客戶端則是普通PC機(jī)，通過它進(jìn)行圖像接收與回放。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本處理機(jī)理，即前端的視頻監(jiān)控服務(wù)器從現(xiàn)場的攝像頭捕獲實(shí)時(shí)的視頻信息，壓縮處理后再通過以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的監(jiān)控終端上。 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，視頻圖像采集和打包發(fā)送在服務(wù)器端完成，圖像的接收與回放將在客戶端完成。
 圖1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方案，主要包括以下幾個(gè)模塊：主控制器模塊、存儲(chǔ)電路模塊、外圍接口電路模塊、電源和復(fù)位電路，如圖2所示。
 圖2、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 1、AT91RM9200主控器模塊 主控器模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，選用的是ATMEL公司的AT91RM9200。它是一款基于ARM920T 核的32位微控制器。該處理器最高運(yùn)行頻率可達(dá)到200MPS，它的低功耗、精簡和全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適合于對成本和功耗敏感的應(yīng)用。AT91RM9200提供了豐富的片內(nèi)資源，支持Linux，是本系統(tǒng)的合適選擇。它能完成整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度工作，在系統(tǒng)上電時(shí)配置所有需工作的芯片的功能寄存器，完成視頻流的編碼，并通過以太網(wǎng)控制器控制物理層芯片發(fā)送視頻碼流。 AT91RM9200微處理器最高主頻為180 MHz，其雙向、32位外部數(shù)據(jù)總線支持8/16/32位數(shù)據(jù)寬度，26位地址總線可以對最大64 MB空間進(jìn)行尋址。片內(nèi)集成了非常豐富的外圍功能模塊，包括內(nèi)存管理單元(MMU)、內(nèi)部包含16 KB的SRAM和128 KB的ROM，16 KB的數(shù)據(jù)緩存以及16 KB的指令緩存。其外部總線接口控制器(EBI)，支持SDRAM，靜態(tài)存儲(chǔ)器，Burst FLASH以及Compact FLASH。為了提高系統(tǒng)性能還擴(kuò)展了以下外設(shè);增強(qiáng)的時(shí)鐘發(fā)生器與電源管理控制器(PMC);系統(tǒng)定時(shí)器(ST);實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC);高級(jí)中斷控制器(AIC);4個(gè)32位PIO控制器;20通道的外設(shè)數(shù)據(jù)控制器(PDC);10/100兆Base-T型以太網(wǎng)卡接口;4個(gè)通用同步/異步串行收發(fā)器(UASRT)以及JTAG/ICE接口等。 在系統(tǒng)中AT91RM9200需要1.8 V和3.3 V電源，另外，大部分外圍器件需要3.3 V電源，小部分外圍器件還需要5 V電源，假設(shè)輸入電壓為5 V直流穩(wěn)壓電源。為了得到可靠的3.3 V電壓，此處選用的電壓轉(zhuǎn)換芯片是NCPlll7ST33T3，它的輸入電壓為5 V，輸出電壓為3.3 V，最大輸出電流為0.8 A。同樣，為了得到可靠的1.8 V電壓，選用NCPlll7STl8T3，它的輸入電壓為5 V，輸出電壓為1.8 V，最大輸出電流為0.8 A。由于3.3 V和1.8 V屬于NCPlll7系列的2個(gè)固定輸出電壓，所以設(shè)計(jì)比較簡單，只需要在電路中與芯片并聯(lián)2個(gè)典型值為10 tlf、的濾波電容即可。 2、系統(tǒng)存儲(chǔ)電路模塊 主控器還需一些外圍存儲(chǔ)單元如Nor Flash和SDRAM。Nor Flash 中包含Linux 的Bootloader、系統(tǒng)內(nèi)核、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及環(huán)境變量和系統(tǒng)配置文件等等，同時(shí)還預(yù)留了一部分空間作為用戶使用;SDRAM讀寫速度快，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)把它作為內(nèi)存單元使用。為充分保證系統(tǒng)的可擴(kuò)充性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了8M的Nor Flash和64M的SDRAM。 在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，F(xiàn)lash用于存放操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序等;SDRAM主要用作運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)程序和臨時(shí)存放視音頻信息。Flash存儲(chǔ)器選用的是Spansion的S29AL016D70TF。它是一個(gè)16 Mbit的Flash存儲(chǔ)器，容量為2，097，152個(gè)字節(jié);采用48腳TSOP封裝和3.0V電源供電。S29AL016D70TF與Hi3510的接口連接框圖如圖3所示。其中。CE#管腳為芯片使能輸入，由于此Flash用于存儲(chǔ)引導(dǎo)程序，故此引腳連接EBICSlN#;OE#管腳為輸出使能輸入，連接EBIOEN;RY/BY為準(zhǔn)備或忙輸出管腳，懸空。
 圖3 Flash存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)框圖 SDRDM存儲(chǔ)器選用的是Hynix的HY57V281620ET，它的容量位是16MB(4Banks×2M×16bits)，單片數(shù)據(jù)寬度是16位，為了增大數(shù)據(jù)吞吐能力，選取兩片SDRAM構(gòu)成32位地址寬度，存儲(chǔ)容量為32MB。HY57V281620ET的工作電壓為3.3V，常見封裝為54腳TSOP，兼容LVTTL接口。支持自動(dòng)刷新(Auto-Refresh)和自刷新(Self-Refresh)。HY57V281620ET與Hi3510的接口連接框圖如圖4所示。
 圖4 SDRDM存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)框圖 3、視頻采集模塊設(shè)計(jì) 視頻采集芯片選用Philips公司生產(chǎn)的SAA7113H，它是一款功能強(qiáng)大且操作簡單的9位視頻輸入處理芯片，采用CMOS工藝，通過I2C總線與處理器或DSP連接可方便地構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)。它內(nèi)部包含四路模擬處理通道，可以選擇視頻信號(hào)源并可抗混疊濾波，同時(shí)還可以進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)箝位、自動(dòng)增益控制(AGC)、時(shí)鐘產(chǎn)生(CGC)、多制式解碼，另外還可以對亮度、對比度和飽和度進(jìn)行控制。設(shè)置SAA7113H芯片的工作時(shí)鐘為24.576MHz，數(shù)據(jù)輸出格式為4：2：2，幀頻為25fps。視頻采集芯片SAA7113H在上電后，并不是立即采集模擬視頻信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，它必須由Hi3510通過I2C總線對其內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置后，才能正常工作。視頻采集芯片SAA7113H與Hi3510的接口連接框圖如圖5所示。
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