基于POWERPC823嵌入式視頻網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)研究

1、基于powerpc823嵌入式視頻網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)研究世界已經(jīng)進(jìn)入了internet時(shí)代，系統(tǒng)接入internet已成為網(wǎng)絡(luò)接入重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施。嵌入式的網(wǎng)絡(luò)接人設(shè)備系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)的控制系統(tǒng)中、交通監(jiān)控系統(tǒng)、銀行證券操作與平安監(jiān)控、智能儀器、安防系統(tǒng)、智能家電和信息家電等領(lǐng)域，我們將嵌入式設(shè)備與視頻的結(jié)合稱為嵌入式的視頻接入設(shè)備。本文介紹了視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端的開發(fā)辦法。視頻網(wǎng)絡(luò)接人終端可將經(jīng)h261或mpegl壓縮后的視頻信號(hào)挺直以多播的方式送上局域網(wǎng)(10m100m以太網(wǎng))。每臺(tái)視頻網(wǎng)絡(luò)接人設(shè)備都具有自立的ip地址，可單獨(dú)作為視頻服務(wù)器向局域網(wǎng)上多播視頻數(shù)據(jù)，客戶端可通過(guò)加入不同的多播組接收

2、來(lái)自不同的視頻網(wǎng)絡(luò)接人設(shè)備的視頻數(shù)據(jù)。特權(quán)用戶可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制各視頻網(wǎng)絡(luò)接人設(shè)備以及其下掛的視頻切換箱、云臺(tái)控制器并終于控制云臺(tái)的動(dòng)作。2 嵌入式視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端的系統(tǒng)硬件部分21 嵌入式視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端硬件基本要求為完成該設(shè)計(jì)目標(biāo)，該硬件平臺(tái)應(yīng)具有以下功能特點(diǎn)：(1)處理器處理能力較強(qiáng)、接口豐盛。因?yàn)閠cpip的協(xié)議將占用大量的系統(tǒng)資源，各種通信協(xié)議對(duì)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器、運(yùn)算器的速度要求比較高。(2)處理器結(jié)構(gòu)應(yīng)該支持虛擬存儲(chǔ)器，以便于移植操作系統(tǒng)。(3)必需提供以太網(wǎng)接口，視頻信號(hào)輸入接口(該部分可參考現(xiàn)有的圖像卡)以及控制接口。為實(shí)現(xiàn)多播，必需有網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)。(4)必需提供控制接口，

3、可對(duì)云臺(tái)控制器等設(shè)備舉行控制。按照以上要求，處理器選用motorola的powerpc823。他內(nèi)部集成了微處理器和常用外圍組件，提供了更高的性價(jià)比。22 mpc823的功能詳述mpc823微處理器是一個(gè)mpc821內(nèi)核多用途的通用芯片，他內(nèi)部集成了微處理器和常用外圍組件，可用于各種控制領(lǐng)域。mpc823集成了嵌入式powerpc核和一個(gè)為通信用法的特地的risc的通信處理器模塊(cpm)，因?yàn)閏pm分擔(dān)了嵌入式powerpc核的外圍工作任務(wù)，這種雙處理器體系結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的處理器具有更高的效率，硬件原理1所示。圖1中，視頻接口(video interface)完成輸入的e1或422視頻數(shù)

4、據(jù)流的解幀、串并轉(zhuǎn)換、緩沖然后送到系統(tǒng)上供mpc823讀取。mpc823內(nèi)集成了符合ieee8023標(biāo)準(zhǔn)的通信控制器，外接以太網(wǎng)(ethernet transceiver)即可完成以太網(wǎng)所有通信子網(wǎng)層功能。網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層功能由操作系統(tǒng)來(lái)完成。操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序都存儲(chǔ)在flash中，并在dram中運(yùn)行。串口(rs232control interface)完成同其他設(shè)備通信、控制功能。電源(power supply)為囫圇設(shè)備供電。經(jīng)過(guò)我們實(shí)踐證實(shí)，此計(jì)劃的性能價(jià)格比較高，外圍簡(jiǎn)捷，符合進(jìn)展潮流soc(system on chip)。3 視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端軟件部分31 嵌入式視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端軟件平臺(tái)

5、接人設(shè)備軟件包括應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件，因?yàn)閏pu的功能強(qiáng)大，系統(tǒng)資源的極其豐盛，非常需要一個(gè)功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)來(lái)管理系統(tǒng)資源；操作的牢靠性提高。嵌入式linux因?yàn)榇a開放性以及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，在中低端的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中應(yīng)用起來(lái)。在移植的linux源代碼，按照目標(biāo)舉行半剪裁定制，以適合目標(biāo)系統(tǒng)，盡量少占用內(nèi)存。操作系統(tǒng)定制后，將其銜接到目標(biāo)的應(yīng)用程序上，成為應(yīng)用程序的一部分。并對(duì)低級(jí)系統(tǒng)的初始化文件舉行修改，使之符合目標(biāo)版的需要。 因?yàn)橐曨l網(wǎng)絡(luò)接人終端需要采納組播方式傳數(shù)據(jù)上網(wǎng)，需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能比較強(qiáng)大和完美的操作系統(tǒng)。目前用于嵌入式設(shè)備的有許多操作系統(tǒng)，如商業(yè)操作系統(tǒng)psos，vxworks，

6、wince等，免費(fèi)操作系統(tǒng)如linux，ucos，ecos等。商業(yè)操作系統(tǒng)當(dāng)然功能強(qiáng)大，但是同時(shí)價(jià)格十分昂貴，而且比較復(fù)雜；免費(fèi)操作系統(tǒng)中，ucos較為容易，但是他惟獨(dú)一個(gè)核心，如要加上網(wǎng)絡(luò)功能，還需要另外購(gòu)買協(xié)議棧；ecos功能比較全，實(shí)時(shí)性也很好，但是其網(wǎng)絡(luò)部分不夠完美，目前還不支持組播；linux是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，穩(wěn)定而強(qiáng)大，而且源代碼徹低藏匿。綜上所述，終于挑選了linux作為我們的嵌入式操作系統(tǒng)。32 嵌入式的視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端軟件的基本結(jié)構(gòu)視頻網(wǎng)絡(luò)接人終端軟件分為2部分，即應(yīng)用軟件的編制和系統(tǒng)軟件的編制，包括編寫底層的軟件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和linux網(wǎng)絡(luò)編程和系統(tǒng)的測(cè)試程序。與在pc

7、環(huán)境下開發(fā)大體類似，因此初期開發(fā)工作在pc機(jī)上舉行模擬，硬件平臺(tái)成型之后，我們把程序移植到接人設(shè)備上。4 接入部分的設(shè)計(jì)41 mpegl視頻接入部分mpegl編碼板提供的是8b的并行數(shù)據(jù)總線以及寫信號(hào)，因?yàn)榫幋a板上接口處理器mcs51和系統(tǒng)的主處理器mpc823都是主動(dòng)工作方式，不能挺直互連，必需經(jīng)過(guò)fifo來(lái)協(xié)調(diào)，同時(shí)，fifo在這里也起到緩沖視頻數(shù)據(jù)的作用。采納公司的idt7204或cypress公司的cy7c433(4k深，9 b并行異步fifo)。為了隔離視頻、音頻、以及其他外圍電路對(duì)總線的影響，還需要用總線緩沖器?？紤]到電路的其他部分都用到了ti公司的lx245八位雙向總線收發(fā)器，為

8、了節(jié)約成本、削減芯片選購(gòu)種類，這里我們也用該芯片來(lái)替代。這部分電路的工作過(guò)程是：編碼板將8b并行的壓縮視頻數(shù)據(jù)不斷地寫入fifo，當(dāng)fifo達(dá)到半滿，產(chǎn)生中斷，通過(guò)系統(tǒng)的中斷信號(hào)線irql傳給主處理器，再由相應(yīng)的視頻接人驅(qū)動(dòng)程序去讀取。這部分電路不僅能接人mpegl視頻數(shù)據(jù)，任何8b寬的數(shù)據(jù)都可以接人。所以在今后開發(fā)其他編碼方式時(shí)，只要接口相同，這部分電路和驅(qū)動(dòng)程序不需要做任何改動(dòng)，保持了向后的兼容性。結(jié)構(gòu)圖如2所示。42 音頻編解碼部分音頻編解碼采納motorola公司的mcl45567芯片，該芯片提供雙向模擬音頻接口，能夠按照itu-t的g71l描述的算法提供標(biāo)準(zhǔn)的a律pcm音頻編解碼，其

9、音頻速率為64kbs。考慮到成本和體積，在音頻輸入輸出接口處沒(méi)有提供功率。因此，在工程應(yīng)用中必需在音頻播放端加外置功放。43 音頻數(shù)據(jù)控制、處理部分音頻數(shù)據(jù)控制、處理在(公司的max3064actl00-10)中實(shí)現(xiàn)，該部分主要有4部分：(1)時(shí)鐘部分將外部輸入的2048mhz的時(shí)鐘信號(hào)分出2個(gè)64k時(shí)隙，其中一個(gè)時(shí)隙用于音頻輸入，另一個(gè)用于音頻輸出。(2)上行音頻部分將經(jīng)mcl45567編碼的串行音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8b寬的并行數(shù)據(jù)并寫入音頻上行fifo。(3)下行音頻部分將音頻下行fifo中的8b寬的并行音頻數(shù)據(jù)讀入，轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)并在相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)寫入mcl45567。 (4)總線控制部分提供總

10、線控制信號(hào)線的規(guī)律轉(zhuǎn)換。44 音頻總線接口部分音頻總線接口包括音頻上行fifo、音頻下行fifo和總線收發(fā)器3部分。音頻上下行fifo采納cypress公司的cy7c421(9 b寬，512 b深異步fifo)?？偩€收發(fā)器采納ti公司的lx245八位雙向總線收發(fā)器。總線接口為中斷觸發(fā)的讀寫工作模式。由系統(tǒng)的片選6(cs6)來(lái)選中音頻接口，rdwr控制數(shù)據(jù)的傳輸方向，oe、we協(xié)作cs6對(duì)相應(yīng)的fifo舉行讀寫。囫圇工作過(guò)程是這樣的：當(dāng)上行fifo被cpld寫至半滿時(shí)，產(chǎn)生中斷，通過(guò)中斷信號(hào)線irq2傳給系統(tǒng)，通知驅(qū)動(dòng)程序?qū)?shù)據(jù)讀走；當(dāng)下行fifo的數(shù)據(jù)被cpld讀至半空時(shí)，也產(chǎn)生中斷，通過(guò)中斷信號(hào)線irq7傳給系統(tǒng)，通知驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑾乱粔K音頻數(shù)據(jù)寫入下行fifo。全部以上這些控制信號(hào)線的規(guī)律組合都是在cpl