視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的論文

1、存檔日期:存檔編號(hào):徐 州 師 范 大 學(xué) 科 文 學(xué) 院 本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)論 文 題 目:視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)姓 名:朱 鋮 娟學(xué) 號(hào):078333112專 業(yè) :自 動(dòng) 化年 級(jí) : 07自動(dòng)化指 導(dǎo) 教 師:李 旭 超科文學(xué)院教務(wù)部印制摘 要隨著電子技術(shù), 多媒體技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展, 視頻監(jiān)控系統(tǒng)一直是人們關(guān) 注的焦點(diǎn),視頻監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè),軍事,民用等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,視頻監(jiān)控具 有直觀, 方便和信息內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn), 為客戶提供高品質(zhì)的監(jiān)控手段。 從落后的 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控到先進(jìn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控控制, 從模擬監(jiān)控到今天的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng), 視頻監(jiān) 控技術(shù)正向網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。隨著嵌入

2、式處理器性能的提高和視頻處理技術(shù)的發(fā)展, 視頻采集監(jiān)控系統(tǒng)不 再局限于高性能的 PC 平臺(tái),嵌入式與便攜式平臺(tái)有了快速發(fā)展。本文利用三個(gè)領(lǐng)域上的技術(shù):嵌入式處理器中 ARM 處理器技術(shù)、數(shù)字視頻 芯片和視頻編碼中的 H.264標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了數(shù)字采集監(jiān)控和存儲(chǔ)系統(tǒng)。本文主要對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分及視頻采集進(jìn)行研究, ARM 處理器采用 了 ARM9系列的 S3C2410,采用了 Linux 系統(tǒng)進(jìn)行配合處理,設(shè)計(jì)了包括電源 電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、存儲(chǔ)模塊、 JTAG 接口、 UART 串行調(diào)試接口、 USB 模塊、以太網(wǎng)電路、視頻接口電路。攝像頭采用了 OV6620芯片。主要圍繞三部 分展開(kāi)介

3、紹:1. 硬件電路設(shè)計(jì) 2.嵌入式視頻采集 3.嵌入式 Linux 移植及 H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞: ARM ;視頻采集;嵌入式系統(tǒng); H.264;視頻監(jiān)控AbstractWith the electronic technology, multimedia technology and communication technology developing, video surveillance system has still been the focus of attention and it is widely used in the industrial, military,

4、civil and other fields. Video monitoring with an intuitive, convenient and abundant information can provide customers with high quality control means. From backward to advanced field monitoring of remote monitoring control, from analog to today's digital surveillance systems, video surveillance

5、technology is being toward to network, mobile and intelligent direction.At the same time, improving the performance of embedded processors and video processing technology, video capture surveillance system is no longer limited to high-performance PC platform. Embedded and portable platform has rapid

6、 development.In this article, the technology has three areas: embedded processor ARM processor technology, digital video chips and video coding standard H.264 to achieve control of the digital acquisition and storage systems.This thesis focuses on video surveillance and video capture hardware of the

7、 system studied, ARM processor using the ARM9 series S3C2410 and taking a Linux system with the treatment. The design includes the power circuit design, clock circuit, reset circuit, memorymodule, JTAG interface, UART serial debug interface, USB module, Ethernet circuit, the video interface circuit.

8、 Camera uses the OV6620 camera chip. The paper mainly introduced around three aspects: 1. Hardware circuit design 2. Embedded video capture 3. Embedded Linux migration and H.264 video coding standard.Keywords: ARM; video capture; embedded systems; H.264; video surveillance目 錄摘 要 . I ABSTRACT . I I1

9、緒 論 . 11.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史 . 1 1.2視頻監(jiān)控的現(xiàn)狀與發(fā)展 . 3 1.3嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) . 4 1.4本課題的主要工作 . 52 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) . 62.1系統(tǒng)的工作原理 . 6 2.2ARM 嵌入式處理器簡(jiǎn)介 . 6 2.3嵌入式視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 9 2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 13 2.5最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 13 2.6外圍擴(kuò)展電路 . 203嵌入式 LINUX 移植 . 243.1采用 L INUX 開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)的原因 . 24 3.2交叉編譯環(huán)境的建立 . 26 3.3B OOT L OADER 系統(tǒng)引導(dǎo)代碼 . 26 3.4L INUX 的

10、內(nèi)核移植 . 27 3.5嵌入式文件系統(tǒng) . 27 3.6驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā) . 294嵌入式視頻軟件設(shè)計(jì) . 324.1 視頻采集軟件設(shè)計(jì) . 32 4.2L INUX 下圖像數(shù)據(jù)的 H.264壓縮 . 32 4.3視頻傳輸模塊設(shè)計(jì) . 385 結(jié)論與展望 . 395.1全文結(jié)論 . 39 5.2研究展望 . 39致謝 . 40參考文獻(xiàn) . 411 緒 論1.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要經(jīng)歷了三個(gè)階段 1:第一代 模擬閉路電視(CCTV 監(jiān)控系統(tǒng)閉路電視系統(tǒng)可以視為單個(gè)行組合的模擬設(shè)備, 其中有攝像機(jī)、 監(jiān)視器、 畫(huà)面 分割器,切換器(包括矩陣,各種長(zhǎng)時(shí)間模擬視頻錄像機(jī)、 云臺(tái)鏡頭解碼器

11、和控 制器等。并不難找到此復(fù)雜系統(tǒng)的異常,需要對(duì)安裝和布線大量工作、 維護(hù)和擴(kuò)展系統(tǒng) 也是很難。系統(tǒng)不支持遠(yuǎn)程的傳輸圖像,而且不能與其他系統(tǒng)結(jié)合,如門禁、 報(bào)警 系統(tǒng)的工作,已經(jīng)變得越來(lái)越不能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展步伐。第二代 半數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)(DVR 第二代基于 PC 機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) DVR 的出現(xiàn)使得計(jì)算機(jī)得到了普及應(yīng)用。早期的 DVR 是基于硬壓縮 x86 芯片卡和基于 Windows 98 操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái),其后逐漸發(fā)展 成一種特殊類型的監(jiān)控設(shè)備數(shù)字硬盤錄像機(jī)。 網(wǎng)絡(luò)概念的滲透允許執(zhí)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳 輸?shù)裙δ?。但?duì)于仍然使用集中式監(jiān)視下,攝像機(jī)、編譯 /解碼器、視頻設(shè)備如電纜沒(méi)有任 何

12、改善,所以 DVR 數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)是不完全正確。在安裝、 維護(hù)、 升級(jí)、 擴(kuò)展系統(tǒng) 方面,用戶的問(wèn)題都還不小。此外,基于 Windows 操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性差, DVR 可能 會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況,需要更高的級(jí)別監(jiān)測(cè)站點(diǎn)是一個(gè)很大的問(wèn)題。第三代 全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)(DSS 第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)趨于網(wǎng)絡(luò)化, 數(shù)字視頻壓縮、 傳輸、 存儲(chǔ)為核心,以智 能圖像分析為特點(diǎn), 與警報(bào)系統(tǒng)、 門禁系統(tǒng)在一個(gè)平臺(tái)上的結(jié)合引發(fā)了一場(chǎng)革命, 由 于發(fā)揮突出,視頻監(jiān)控很快得到保安行業(yè)和用戶的注意。與傳統(tǒng)的 CCTV 系統(tǒng) (即 第一代和半數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng) DVR(即第二代比,第三代監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議, 出

13、現(xiàn)了一個(gè)分布式的概念, 擴(kuò)展到分散與集中的監(jiān)視模式互補(bǔ)無(wú)限的延伸的監(jiān) 測(cè)范圍。 在硬件設(shè)備方面, 第三代系統(tǒng)中的應(yīng)用有更高級(jí)的 D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換設(shè)備視 頻服務(wù)器或內(nèi)置處理器的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī), 圖像處理 包括集合、 壓縮和協(xié)議轉(zhuǎn)換和傳輸, 設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)到處使用互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng),即插即用,實(shí)現(xiàn)了圖像收集、傳輸、錄像,最終輸出是在全程化數(shù)字的情況下完成,處理程序的系統(tǒng)固化及 DVR 系統(tǒng)也更穩(wěn)定, 因此是真正意義的全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。特別是第三代數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)具有以下突出的優(yōu)點(diǎn):1. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ):使用 JPEG 議案, H.26x , MPEG 多媒體數(shù)字壓縮技術(shù),全數(shù)字視 頻圖像,存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的硬盤

14、上,可以存儲(chǔ)為 1 個(gè)月或更長(zhǎng)的時(shí)間不斷,以避免定 期更換磁帶的麻煩。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)可以保證長(zhǎng)時(shí)間、 更穩(wěn)定的數(shù)據(jù),不容易損壞。 2. 數(shù)據(jù)查詢:傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng),當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)需要花很多時(shí)間看錄像來(lái)查找 站點(diǎn)的記錄 ,而數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)的索引就可以幫助用戶在短時(shí)間內(nèi)整 合到相應(yīng)字段的記錄,節(jié)省時(shí)間和精力,大大提高了工作效率。3. 錄像的質(zhì)量和圖像質(zhì)量:數(shù)字圖像的圖片顯示是以循序漸進(jìn)的方式,使用數(shù) 字視頻可以使視頻畫(huà)質(zhì)高度清晰、 確保圖像屏幕信息。 使用該計(jì)算機(jī)還可以幫助圖像 去噪、 銳化、處理,調(diào)整圖像大小及使用高分辨率的計(jì)算機(jī)顯示器,你可以看到高 質(zhì)量的圖像。 此外, 你還可以在同臺(tái)

15、顯示器上看到 4、 12、 16路 或更多視頻圖像。 4. 網(wǎng)絡(luò)傳輸功能:數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)是一種產(chǎn)品的完美結(jié)合在安防行業(yè)、 IT 行業(yè) 中, 所以它有相當(dāng)一部分的功能在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。 數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾的能力, 不 易受傳輸?shù)男盘?hào)衰減影響和能加密傳輸,以便您可以在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)千公里的數(shù)字信 息。 特別是在惡劣的條件或不利于直接親自管理的情況下, 數(shù)字視頻監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)的 訪問(wèn)效果?？缬虮O(jiān)測(cè)需求可以得到完美的解決。5. 系統(tǒng)集成:發(fā)展到第三代, 視頻監(jiān)控系統(tǒng)使門禁系統(tǒng)、 報(bào)警系統(tǒng)集成在一起。 數(shù)字視頻數(shù)據(jù)、門禁數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算機(jī)的操作,處理,數(shù)據(jù)之間的互動(dòng), 完善這三個(gè)系統(tǒng),幾乎可以解決所有用

16、戶的需求。6. 擴(kuò)充簡(jiǎn)易:數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和視頻服務(wù)器組 成,他們很容易擴(kuò)充,只要電源和網(wǎng)絡(luò)接口就能夠訪問(wèn)系統(tǒng)的擴(kuò)展范圍。7. 系統(tǒng)易于管理和維護(hù):數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由電子設(shè)備, 集成度、 視頻傳 輸使用有線或無(wú)線信道。以這種方式, 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)模塊化的結(jié)構(gòu)、 , 體積小、 便于安裝、 使 用和維護(hù)。是的因?yàn)榈谌鷶?shù)字監(jiān)控系統(tǒng)存在很多優(yōu)勢(shì),滿足了信息化、智能化、網(wǎng) 絡(luò)化發(fā)展,使數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)取代模擬監(jiān)控系統(tǒng)和 DVR 系統(tǒng)成為必然,慢慢地應(yīng)用到 每個(gè)行業(yè)中。1.2 視頻監(jiān)控的現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)國(guó)內(nèi)和國(guó)外市場(chǎng),主要有兩種類型的監(jiān)測(cè)產(chǎn)品:數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控和 數(shù)字視

17、頻監(jiān)控。數(shù)控仿真監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展在實(shí)際工程是有非常廣泛的應(yīng) 用, 發(fā)展成熟及性能也是穩(wěn)定, 但因?yàn)橐曨l監(jiān)控系統(tǒng)中的信息流形成不變量仍為模擬 視頻信號(hào), 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是一個(gè)單向的和方式集中的信息收集網(wǎng)絡(luò), 系統(tǒng)已發(fā) 展到很高的水平,沒(méi)有太多的潛力可挖其限制仍然存在 ;數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)是新的 興起,解決模擬系統(tǒng)部分缺點(diǎn)且快速發(fā)展,但發(fā)展不成熟,需要更近一步完善。縱觀 全局,數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)是大勢(shì)所趨,具有真正的研究?jī)r(jià)值 23。數(shù)字監(jiān)控視頻系統(tǒng)通常分為兩類:一種基于 PC 的相結(jié)合的多媒體作品 ; 另一 種是嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng) 4。數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)日趨成熟, 為基于 PC 機(jī)多媒體

18、監(jiān)控創(chuàng)造了許多有利條件。 迅速崛起了新視頻的視頻監(jiān)控系統(tǒng), 替換一些視頻矩陣圖像分割器、 錄像機(jī)為核心, 輔之以其他路由仿真模擬視頻監(jiān)控,主要的好處:(1 多媒體監(jiān)控主機(jī) PC 機(jī)結(jié)合視頻矩陣、 分割、 錄像機(jī)等多項(xiàng)功能, 極大地 簡(jiǎn)化的體系結(jié)構(gòu)。(2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 數(shù)字多媒體遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)沒(méi)有距離限制。(3 使用大容量磁盤或光盤存儲(chǔ)的結(jié)果, 您可以節(jié)省大量的磁帶介質(zhì), 同時(shí)有利 于多媒體信息查詢系統(tǒng)。但隨著視頻監(jiān)控的發(fā)展,基于 PC機(jī)在實(shí)際工程的過(guò)程中,使用的視頻系統(tǒng)不穩(wěn) 定。嵌入式的系統(tǒng)是專用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 嵌入式系統(tǒng)的核心技術(shù)是一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展 方向在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中嵌入對(duì)象。嵌入式系統(tǒng)定

19、義為:嵌入式的系統(tǒng)是“用于控制,監(jiān) 視, 或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備” , 國(guó)內(nèi)公認(rèn)的嵌入式的系統(tǒng)定義為 : “以應(yīng)用為中心, 以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可裁剪,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能,可靠性,成本,體積, 功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。由于到嵌入式系統(tǒng)具有體積小、 性能、 低功耗、 高可靠性和面向行業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn), 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍工、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、信息家電、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等。嵌入式 的系統(tǒng)可以描述成無(wú)處不在,各種電子手表、電話、手機(jī)、 PDA 、洗衣機(jī)、電視、電 飯煲、 微波爐等日常生活用品都存在了嵌入式系統(tǒng)。1.3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)嵌入式信息家電產(chǎn)品, 參加的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代不僅為嵌入式的

20、市場(chǎng)得到了一個(gè)很好的 前景,注入新的生命 ;也對(duì)嵌入式系統(tǒng)的技術(shù),尤其是軟件技術(shù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。 這包括:支持越來(lái)越多的功能密度、 靈活的網(wǎng)絡(luò)連接、 輕量級(jí)的移動(dòng)應(yīng)用程序和 多媒體信息處理、,當(dāng)然也要面對(duì)更激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。1. 嵌入式的應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)需要強(qiáng)大功能的開(kāi)發(fā)工具和對(duì)支持操作系統(tǒng)隨著技術(shù)走成熟, 互聯(lián)網(wǎng)的帶寬增加, ICP 和 ASP 的互聯(lián)網(wǎng)信息的內(nèi)容日益豐 富,包括應(yīng)用程序各不相同,如電話、 手機(jī)、 固定電話和冰箱、 微波爐功能嵌入 不再單一、 電氣結(jié)構(gòu)是更為復(fù)雜的電子設(shè)備。以滿足應(yīng)用程序的功能升級(jí),設(shè)計(jì)師 一方面強(qiáng)大嵌入式處理器,增強(qiáng)處理能力對(duì) 32 位、 64 位 RISC 芯

21、片或信號(hào)處理 DSP ;同時(shí)使用實(shí)時(shí)多任務(wù)的編程技術(shù)和交叉開(kāi)發(fā)工具技術(shù)控制復(fù)雜性、 簡(jiǎn)化應(yīng)用 程序的設(shè)計(jì),確保軟件質(zhì)量,并縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。目前,海外的商業(yè)化嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),適配已進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng),微軟、 QNX和 Nuclear 等其它產(chǎn)品。 我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品, 如科銀 (CoreTek 公 司的嵌入式的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) DeltaSystem ,它不僅包括 DeltaCore 嵌入式實(shí)時(shí)操作 系統(tǒng),也包括 LamdaTools 交叉開(kāi)發(fā)工具套件、 測(cè)試工具、 應(yīng)用程序組件等 ;此 外,中國(guó)科學(xué)院也推出霍本嵌入式操作系統(tǒng) 5。2. 網(wǎng)絡(luò)互連的必然趨勢(shì)為了滿足嵌入分布式的處理結(jié)構(gòu)和互聯(lián)

22、網(wǎng)應(yīng)用的需要, 面向 21 世紀(jì)的嵌入式系 統(tǒng)需要標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的通信。 對(duì)于外部網(wǎng)絡(luò)的要求, 嵌入式的設(shè)備分布 需具有通訊接口, 對(duì)應(yīng)需要 TCP/IP 協(xié)議系列軟件的支持 ; 因?yàn)榧译娤嗷リP(guān)聯(lián) (防 盜報(bào)警、 照明節(jié)能控制和電視設(shè)備終端的信息交換 協(xié)調(diào)工作的要求, 下一代嵌入 式的設(shè)備的試驗(yàn)場(chǎng)儀器要有 IEEE1394、 USB和可以與藍(lán)牙或 IrDA 通信的接口同時(shí) 還需要提供相應(yīng)的通訊組網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件和驅(qū)動(dòng)的物理層。 特定的編程模型支持應(yīng)用軟 件,如 Web 或無(wú)線 Web 編程模型,但還需要適當(dāng)?shù)臑g覽器,如 HTML、 WML 等 6。 3. 支持小型電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)體積小、 低

23、功耗和低成本為了滿足此屬性, 嵌入式產(chǎn)品被要求降低處理器性能, 有限內(nèi)存容量, 多路復(fù)用 接口芯片。 這增加了嵌入式的軟件設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。 例如, 選擇最佳的編程模型和持續(xù)改進(jìn)的算法,使用 Java 編程模型、 性能優(yōu)化系列儀器。因此,這兩個(gè)軟件人員 有豐富的經(jīng)驗(yàn),需要更多的嵌入式的軟件技術(shù),如 Java,如 Web 和 WAP 的發(fā)展。 4. 提供了先進(jìn)的多媒體人機(jī)接口嵌入式的設(shè)備數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的用戶愿意接受的其中一個(gè)重要因素是使用自然的人 機(jī)交互界面, 如驅(qū)動(dòng)程序處理的契合和高度自動(dòng)化的汽車, 主要是通過(guò)方向盤的習(xí)慣、 踏板和操縱桿。人與信息終端需求和 GUI 屏幕中心多媒體接口進(jìn)行交互。輸入

24、、語(yǔ) 音撥號(hào)、彩色圖形、 圖像、 發(fā)送和接收電子郵件,取得了初步成效。目前一些先進(jìn) 的 PDA 顯示屏已實(shí)現(xiàn)漢字書(shū)寫(xiě),語(yǔ)音短信發(fā)布,但遠(yuǎn)離語(yǔ)言同聲傳譯,還有很長(zhǎng)的 距離。1.4 本課題的主要工作本文主要工作是基于 ARM 的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的研究與實(shí)現(xiàn), 主要圍 繞視頻的采集與回放。安排工作如下:第一章 緒論, 介紹視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀與發(fā)展, 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展的 驅(qū)動(dòng)。第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。第三章 嵌入式 Linux 移植。第四章 嵌入式視頻軟件設(shè)計(jì)。第五章 結(jié)論與展望。2 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)主要由三部分組成,監(jiān)控前端視頻服務(wù)器

25、、 USB 攝像頭以 及遠(yuǎn)程客戶機(jī)。 其中監(jiān)控端視頻服務(wù)器是基于 ARM9的 32位嵌入式系統(tǒng), 視頻服務(wù)器 主要由核心處理器部分和擴(kuò)展部分組成。下圖 2-1是系統(tǒng)工作的原理框圖。 圖 2-1 系統(tǒng)工作原理其工作原理:移植具有實(shí)現(xiàn)硬件功能的嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)到系統(tǒng)平臺(tái)中, 在 操作系統(tǒng)中編碼驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)攝像頭的驅(qū)動(dòng)控制, 系統(tǒng)平臺(tái)中 Linux 操作系統(tǒng)啟動(dòng) 后加載攝像頭驅(qū)動(dòng),用視頻采集應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的采集,處理器 S3C2410再對(duì)采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行 H.264壓縮, 最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊程序把壓縮后的視頻數(shù)據(jù) 發(fā)送出去, 遠(yuǎn)程端主機(jī)收到后可解壓顯示, 同時(shí)也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系

26、統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控 制。2.2 ARM嵌入式處理器簡(jiǎn)介ARM 系列嵌入式處理器是英國(guó)先進(jìn) RISC (Reduced Instruction Set Computer 機(jī)器公司(Advanced RISC Machines,簡(jiǎn)稱 ARM 公司的產(chǎn)品。 ARM 公司是業(yè)界領(lǐng)先 的知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商,與一般的公司不同, ARM 公司既不生產(chǎn)芯片,也不銷售芯片,而 是設(shè)計(jì)出高性能、 低功耗、 低成本和高可靠性的 IP 內(nèi)核, 如 ARM 處理器內(nèi)核 (ARM7TDMI 、ARM9TDMI 、 ARM10TDMI 等和 ARM 處理器宏核(ARM720T 、 ARM920T/922T/940T、 ARM10

27、20E/1022E等 ,授權(quán)給各半導(dǎo)體公司使用;半導(dǎo)體公司 (ARM公司合作伙伴 在 ARM 技術(shù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)自己公司的產(chǎn)品定位,添加自己的設(shè)計(jì)并推出各種嵌入式微 處理器 MPU 或微控制器 MCU 芯片產(chǎn)品; 最后有 OEM 客戶采用這些芯片來(lái)構(gòu)建基于 ARM 技術(shù)的最終應(yīng)用系列產(chǎn)品。由上面可以得知, ARM 并不是一款處理器的名稱,它只是一個(gè)公司的名稱,或者 說(shuō)是嵌入式處理器的內(nèi)核名稱。所以, ARM 嵌入式處理器應(yīng)該理解為以 ARM 為內(nèi)核的 嵌入式處理器。ARM處理器是精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC 。 RISC 的概念源于斯坦福大學(xué)和伯克利 大學(xué)在 1980年前后進(jìn)行的處理器研究計(jì)劃。

28、最初 ARM 是 1983到 1985年間在英國(guó)劍 橋的 Acorn Computer 公司開(kāi)發(fā)的。它是第一個(gè)為商業(yè)用途開(kāi)發(fā)的 RISC 微處理器,同 后來(lái)的 RISC 體系結(jié)構(gòu)有明顯的不同。 1990年, ARM 特別為擴(kuò)大開(kāi)發(fā) ARM 技術(shù)而成立 了獨(dú)立的公司。從那以后, ARM 已被授權(quán)給世界各地的許多半導(dǎo)體制造廠。它已經(jīng)成 為低功耗和追求成本的嵌入式應(yīng)用的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。ARM微處理器主要包括 ARM7系列、 ARM9系列、 ARM9E 系列、 ARM10E 系列、 ARM11系列、 SecurCore 系列、 OptimoDE 系列、 StrongARM 系列、 XScale 系列, 以

29、及 Cortex 系列等。ARM芯片還獲得了許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)供應(yīng)商的支持, 比較知名的有:Windows SE 、 uCLinux 、 pSOS 、 Vxworks 、 ,Nucleus 、 uC/OS、 Palm OS等。在 ARM 內(nèi)核中有四個(gè)功能模塊,這四個(gè)模塊分別用 T 、 D 、 M 和 I 來(lái)表示 13。 T:表示 Thumb ,該內(nèi)核可從 16位指令集擴(kuò)充到 32位 ARM 指令集。D :表示 Debug , 該內(nèi)核中放置了用于調(diào)試的結(jié)構(gòu), 通常它為一個(gè)邊界掃描鏈 JTAG , 可使 CPU 進(jìn)入調(diào)試模式,從而可方便地進(jìn)行斷點(diǎn)設(shè)置、單步調(diào)試。M:表示 Multiplier ,是

30、8位乘法器。I:表示 EmbeddedICELogic ,用于實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)觀測(cè)及變量觀測(cè)的邏輯電路部分,其 中的 TAP 控制器可接入到邊界掃描鏈。1.ARM 體系結(jié)構(gòu)(1 ARM微處理器支持 7種運(yùn)行模式,如表 2-1所示。表 2-1 ARM微處理器運(yùn)行模式 說(shuō)明:ARM 微處理器的運(yùn)行模式有兩種方法改變一種是通過(guò)軟件,另外一種改變 是通過(guò)外部中斷或異常處理。大部分的應(yīng)用程序是在用戶模式下運(yùn)行, 當(dāng)處理器在用戶模式下運(yùn)行時(shí), 一些被 保護(hù)的系統(tǒng)資源是不能被訪問(wèn)的。除了用戶模式,剩下的 6 種模式稱為非用戶模式或特權(quán)模式;其中除用戶模式 和系統(tǒng)模式另外 5種模式又稱為異常模式, 常用于處理中斷或異

31、常, 以及需要訪問(wèn)受 保護(hù)的系統(tǒng)資料等情況。(2兩種處理器工作狀態(tài)ARM 狀態(tài)(執(zhí)行 32位 ARM 指令和 Thumb 狀態(tài)(執(zhí)行 16位 Thumb 指令 。 (3嵌入式在線仿真調(diào)試ARM 處理器的體系結(jié)構(gòu)都嵌入了在線仿真 ICE-RT 邏輯, 便于仿真調(diào)試芯片通 JTA 的方式,節(jié)省了費(fèi)用一些價(jià)格昂貴的在線仿真器。(4靈活方便的借口ARM 體系結(jié)構(gòu)具有協(xié)處理器接口,可以接協(xié)處理器 16個(gè)。既方便地?cái)U(kuò)充 ARM 指 令集, 可以使基本 ARM 處理器內(nèi)核盡可能小, 也可以支持協(xié)處理器的軟件仿真通過(guò)未 定義指令方式。(5低電壓功耗的設(shè)計(jì)ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器通常主要用于手持式嵌入式系統(tǒng)中,

32、 在設(shè)計(jì)中 ARM 體系結(jié) 構(gòu)就比較注意功耗方面的設(shè)計(jì)。(6 RISC 型處理器結(jié)構(gòu)ARM 采用 RISC 結(jié)構(gòu),在簡(jiǎn)化處理器結(jié)構(gòu),減少?gòu)?fù)雜功能指令的同時(shí),提了高處 理器的速度。2.ARM 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)ARM 體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)據(jù),稱之為大端格式和小端格式。 大端格式 (big-endian : 字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在低址中,而字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)則 存放在高地址中。小端格式(low-endian :與大端存儲(chǔ)格式相反。低地址中存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的低 字節(jié),高地址存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)。3.ARM 異常中斷ARM 有 7種異常:1. 復(fù)位 2.未定義指令異常 3.軟件中斷異常 4.數(shù)據(jù)中止(取 指

33、令存儲(chǔ)中止 5. 數(shù)據(jù)中止 (訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中止 6. IRQ異常 7. FIQ異常。2.3 嵌入式視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)通過(guò)前端的采集, 經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸, 然后到后臺(tái)。 前端 采集的實(shí)現(xiàn)通過(guò)嵌入式平臺(tái),這里用普通的 PC 機(jī)作為后臺(tái)的宿主機(jī)。下圖 2-2為系 統(tǒng)主成框圖。 目標(biāo)機(jī)圖 2-2 嵌入式視頻采集系統(tǒng)框圖嵌入式系統(tǒng)最為重要的是要選擇合適的處理芯片, 所以本系統(tǒng)選擇 S3C2410處理 器。S3C2410處理器是 Samsung 公司基于 ARM 公司的 ARM920T 處理器核, 采用 0.18um 制造工藝的 32位微控制器。該處理器擁有:獨(dú)立的 16KB 數(shù)據(jù) C

34、ache 和 16KB 指令 Cache , MMU ,支持 NAND 閃存控制器, TFT 的 LCD 控制器, 4路 DMA (直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) , 3路 UART , 4路帶 PWM 的 Timer , I/O口, RTC , Touch Screen 接口, 8路 10位 ADC , IIC-BUS 接口, IIS-BUS 接口, 2個(gè) USB 主機(jī), 1個(gè) USB 設(shè)備, SD 主機(jī)和 MMC 接口, 2路 SPI 。 S3C2410處理器最高可運(yùn)行在 203MHz 。S3C2410處理器的功能 12:(1 S3C2410芯片集成了大量的功能單元1. 內(nèi)部電壓 1.8V ,存儲(chǔ)器電壓

35、3.3V ,外部 I/O電壓 3.3V , 16KB 數(shù)據(jù) Cache ,16KB 指令 Cache , MMU 。2. 內(nèi)置外部存儲(chǔ)器控制器(芯片選擇邏輯和 SDRAM 控制 。3. LCD控制器。4. 4個(gè)帶外部請(qǐng)求線的 DMA (直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) 。5. 3個(gè)通用異步串行端口(IrDA1.0, 16-Byte Tx FIFO and 16-Byte Rx FIFO , 2通道 SPI 。6. 一個(gè)多主 I2C 總線,一個(gè) I2S 總線控制器。7. SD主接口版本 1.0和多媒體卡協(xié)議版本 2.11兼容。8. 兩個(gè) USB HOST,一個(gè) USB DEVICE(VER1.1 。9. 一個(gè)內(nèi)部

36、定時(shí)器和 4個(gè) PWM 定時(shí)器。10. 看門狗定時(shí)器。11. 117個(gè)通用 I/O。12. 56個(gè)中斷源。13. 24個(gè)外部中斷。14. 電源控制模式:標(biāo)準(zhǔn)、慢速、休眠、掉電。15. 8通道 10位 ADC 和觸摸屏接口。16. 帶日歷功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。17. 芯片內(nèi)置 PLL 。18. 設(shè)計(jì)用于手持設(shè)備和通用嵌入式系統(tǒng)。19. 16/32位 RISC 體系結(jié)構(gòu),使用 ARM920T CPU核的強(qiáng)大指令集。20. 帶 MMU 的先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)支持 WinCE 、 EPOC32、 Linux 。21. 指令緩存(Cache 、數(shù)據(jù)緩存、寫(xiě)緩存和物理地址 TAG RAM ,減小了對(duì)主存 儲(chǔ)器帶寬和性

37、能的影響。22. ARM920T CPU核支持 ARM 調(diào)試的體系結(jié)構(gòu)。23. 內(nèi)部先進(jìn)的位控制器總線(AMBA (AMBA2.0, AHB/APB 。(2系統(tǒng)管理1. 小端 /大端支持。2. 地址空間:每個(gè) BANK128MB (全部為 1GB 。3. 每個(gè) BANK 可編程為 8/16/32位數(shù)據(jù)總線。4. 固定起始地址 BANK0到 BANK6。5. BANK7可編程 BANK 起始地址和大小。6. 一共 8個(gè)存儲(chǔ)器。7. 前 6個(gè)存儲(chǔ)器 BANK 用于 ROM 、 SRAM 和其它。8. 兩個(gè)存儲(chǔ)器 BANK 用于 ROM 、 SRAM 、和 SDRAM (同步隨機(jī)存儲(chǔ)器 。9. 支持

38、等待信號(hào)用以擴(kuò)展總線周期。10. 支持 SDRAM 掉電模式下支持自刷新。11. 支持不同類型的 ROM 用于啟動(dòng)(NOR/NAND Flash、 EEPROM 和其它 。攝像頭的組成包括傳感器 (Sensor 、 數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processor 即 DSP 、鏡頭(lens 、外殼模具、 USB 的連線,還有電路板及阻容等周邊器件。我 們選擇 USB 的標(biāo)準(zhǔn)是需要有較高的清晰圖以及較好的圖像畫(huà)面。 而這里面最關(guān)鍵的選 擇是傳感器、 DSP 以及鏡頭的選擇 7。傳感器器件屬于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)器件,目前常見(jiàn)的主要有兩種分別為 CCD 、 COMS 。 CC

39、D 是由一種特殊的半導(dǎo)體材料組成,即大量的光敏元件構(gòu)成。它的優(yōu) 點(diǎn)是成像像素較高, 有很好的清晰度, 同時(shí)速度對(duì)光線方面要求不大; 缺點(diǎn)是制造的 工藝復(fù)雜、成品率不高,而且技術(shù)壟斷使得它的造價(jià)比較貴,功耗也大,故它主要用 于高檔次數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)。另一方面 COMS 主要是由硅和鍺兩種元素構(gòu)成半 導(dǎo)體,它的成像方面稍差,同時(shí)光線也不是很好,速度也慢,也沒(méi)有 CCD 省電。不過(guò) 它有個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是造價(jià)便宜,通常用在低檔相機(jī)、數(shù)碼攝像頭或玩具方面。綜合考慮, 本系統(tǒng)選用 COMS 傳感器。攝像頭的鏡頭在光線方面是最為重要的,這里有玻璃鏡片、塑膠鏡片和化合物 3種材料。玻璃鏡片造價(jià)高,塑膠鏡片便宜

40、,化合物較少用,故本系統(tǒng)選用的材料是塑 膠鏡片。目前市面上的數(shù)字?jǐn)z像頭芯片種類很多,性能各異,這些攝像頭中 Omni Vision 公司生產(chǎn)的 OV 系列產(chǎn)品應(yīng)用最為廣泛。 OV 系列產(chǎn)品的種類也很多,根據(jù)本系統(tǒng)的功 能特點(diǎn), 需選擇一款具有彩色成像功能的芯片。 我們選用 OV6620芯片, 它價(jià)格便宜、 性能不過(guò)剩、封裝較為常見(jiàn)。2.4視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)利用 S3C2410強(qiáng)大的擴(kuò)展功能, 根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要, 設(shè)計(jì)如圖 2-3所示的硬件 系統(tǒng)。在處理器豐富資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行了相關(guān)的配置和擴(kuò)展,平臺(tái)配置了 64Mbytes8位的 NAND 閃存和 64Mbytes32位的 SDRAM , 通

41、過(guò)以太網(wǎng)控制器芯片 CS8900A 擴(kuò)展了一 個(gè)網(wǎng)口,另外引出一個(gè)串行接口和兩個(gè) HOST/DEVICE USB 接口。通過(guò)在 USB 接口上外 接一個(gè)帶 USB 口的數(shù)碼攝像頭, 將采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)放入存儲(chǔ)器緩沖區(qū)中, 或者 用 H.264壓縮處理程序處理緩沖區(qū)的圖像數(shù)據(jù)并保存,數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在 NAND 閃存中等 待遠(yuǎn)程主機(jī)的訪問(wèn), 也可以通過(guò) CS8900A 擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)接口將視頻數(shù)據(jù)直接發(fā)送到遠(yuǎn)程 網(wǎng)中的控制主機(jī)上。 圖 2-3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件框圖2.5 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)主要分為兩大部分:一部分為系統(tǒng)的主板,為基于 ARM 的最小系統(tǒng),包括 ARM CPU 、 Fl

42、ash 、 SDRAM 、串口、鍵盤等最基本的東西;另一 部分為系統(tǒng)的擴(kuò)展版,提供了用于完成各個(gè)不同硬件的功能模塊。S3C2410需要 3.3V 和 1.8V 兩種供電電壓,為簡(jiǎn)化系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì),整個(gè)系統(tǒng) 的輸入電壓為高質(zhì)量的 5V 直流穩(wěn)壓電源。VDD3.3V 提供給 VDDMOP 、 VDDIO 、 VDDADC 和 VCC 引腳, VDD1.8V 提供給 VDDi 、 VDDRTC 引腳。5V 的輸入電壓到 3.3V 和 1.8V 的電壓轉(zhuǎn)換是通過(guò) DC-DC 轉(zhuǎn)換器完成的。在系統(tǒng) 中 1.8V 電源和后備的電源一起提供 RTC 所要的電壓, 當(dāng)系統(tǒng)工作 1.8V 電壓有效, 即 使系

43、統(tǒng)掉電,后備電池也可為 RTC 電路提供所需的電源。電源電路如圖 2-4所示。 圖 2-4 電源電路設(shè)計(jì)圖時(shí)鐘管理模塊同時(shí)擁有兩個(gè)鎖相環(huán),一個(gè)稱為 MPLL ,擁有 FCLK 、 HCLK 和 PCLK ; 另一個(gè)稱為 UPLL , 用于 USB 設(shè)備。 對(duì)時(shí)鐘的選擇是通過(guò) S3C2410引腳上 OM3:2實(shí)現(xiàn) 的, 當(dāng) OM3:2=00時(shí), MPLL 和 UPLL 都選擇外部振蕩器; 當(dāng) OM3:2=01時(shí), MPLL 的 時(shí)鐘選擇外部振蕩器, UPLL 選擇外部時(shí)鐘源; OM3:2=10時(shí), MPLL 的時(shí)鐘選擇外部時(shí)鐘源, UPLL 選擇外部振蕩器; OM3:2=11時(shí), MPLL 和

44、UPLL 都選擇外部時(shí)鐘源。 本系統(tǒng)采用 OM3:2都接地的方式,即采用外部振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘。 S3C2410處理器內(nèi)部帶有片上振蕩器是雙鎖相環(huán)電路, 所以通常外部都接頻率比較低的有源晶 振或晶體振蕩器。此外, S3C2410內(nèi)部帶有實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路,需要外接 32.768kHz 的晶 體振蕩器。本設(shè)計(jì)使用無(wú)源晶體振蕩器 X2(12MHz和 X3(32.768kHz作為主振蕩器和 慢時(shí)鐘振蕩器, 振蕩器產(chǎn)生的主時(shí)鐘和慢時(shí)鐘經(jīng)過(guò)微處理器內(nèi)部 2個(gè)鎖相環(huán)和分頻器 后, 產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種主時(shí)鐘、 外設(shè)時(shí)鐘以及 USB 器件工作時(shí)鐘。 同時(shí)不管使用有 源晶振或晶體振蕩器, 都要考慮晶振的溫度穩(wěn)定性是否

45、滿足處理器的要求。 時(shí)鐘電路 設(shè)計(jì)如圖 2-5所示。 圖 2-5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖系統(tǒng)復(fù)位模塊提供給 ARM 啟動(dòng)信號(hào),是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的開(kāi)端。 ARM 的復(fù)位信號(hào)為 RESET , 如果它有效, 系統(tǒng)復(fù)位將由內(nèi)部產(chǎn)生。 本系統(tǒng)利用容阻電路設(shè)計(jì)的復(fù)位電路。 如圖 2-5所示, 該復(fù)位電路的工作流程為:在系統(tǒng)上電時(shí), 通過(guò)電阻 R108向電容 C162充電,當(dāng) C162兩端電壓未達(dá)到高電平的門限電壓時(shí), RESET 端輸出是高電平,系統(tǒng) 處于復(fù)位狀態(tài);當(dāng) C162兩端的電壓達(dá)到高電壓的門限電壓時(shí), RESET 端輸出是低電 平, 系統(tǒng)進(jìn)入正常狀態(tài)。 當(dāng)用戶重復(fù)按下復(fù)位鍵時(shí), C162兩端的電荷被釋放

46、掉, RESET 端輸出為高電平,系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位狀態(tài),再重復(fù)上面的充電過(guò)程。兩級(jí)非門電路的作用是除去按鈕的抖動(dòng)和對(duì)波形整形:nRESET 的輸出狀態(tài)與 RESET 是相反的,作用在低電平復(fù)位器件;可以通過(guò)對(duì) R108和 C162參數(shù)的調(diào)整,可 以對(duì)復(fù)位狀態(tài)的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。復(fù)位電路如圖 2-6所示。 圖 2-6 復(fù)位電路設(shè)計(jì)圖本系統(tǒng)存儲(chǔ)器模塊包括 SDRAM 存儲(chǔ)器和 nor Flash存儲(chǔ)器兩個(gè)部分。SDRAM 存儲(chǔ)器的作用是存放系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù), 掉電后該部分程序和數(shù)據(jù) 會(huì)丟失。 設(shè)計(jì)中使用 2片數(shù)據(jù)寬度為 16位的 SDRAM 并行運(yùn)行作為一個(gè) 32位數(shù)據(jù)寬度 的 SDRAM 模塊,以

47、充分發(fā)揮微處理器 32位數(shù)據(jù)寬度的高性能。所使用的芯片是 K4S561632C-TC75芯片,其存儲(chǔ)容量為 32MB ,工作電壓為 3.3V, 支持自動(dòng)刷新和自刷 新, 16位數(shù)據(jù)寬度。32位的 SDRAM 存儲(chǔ)器系統(tǒng)是由兩片 K4S561632C-TC75并聯(lián)構(gòu)建成,其中一片是 高 16位, 而另一片則是低 16位, 把兩片 K4S561632C-TC75作為一個(gè)整體配置到 Bank6中,就是將 S3C2410的 nGCS6接到兩片 K4S561632C-TC75的 /CS端;高位的 K4S561632C-TC75的 CLK 端接 S3C2410的 SCLK1端, 而低位的 K4S56163

48、2C-TC75的 CLK 端接 S3C2410的 SCLK0端;兩片 K4S561632C-TC75的 CKE 端接 S3C2410的 SCKE 端; 兩片 K4S561632C-TC75的 /RAS、 /CAS、 /WE端分別接 S3C2410的 nSDRAS 端、 nSDCAS 端、 nDWE 端; 兩片 K4S561632C-TC75的 A12A0接 S3C2410的地址總線 ADDR14ADDR2; BA1、 BA0分別接 S3C2410的地址總線 ADDR25、 ADDR24;高 16位片的 DQ15DQ0接 S3C2410的數(shù)據(jù)總線的高 16位 DATA31DATA16,低 16位

49、片的 DQ15DQ0接 S3C2410的數(shù)據(jù)總線的低 16位 DATA15DATA0;高 16位片的 UDQM 、 LDQM 分別接 S3C2410的 nWEB3、 nWEB2,低 16位片的 UDQM 、 LDQM 分別接 S3C2410的 nWEB1、 nWEB0。同時(shí)需 要一些阻和電容來(lái)達(dá)到電壓匹配和減小串?dāng)_作用。 SDRAM 存儲(chǔ)器的電路圖設(shè)計(jì)如圖2-7所示。 圖 2-7 SDRAM電路設(shè)計(jì)圖nor Flash 存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行所需的程序和重要數(shù)據(jù),即使掉電,程序和 數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。 本系統(tǒng)采用芯片 SS139VF160, 它的存儲(chǔ)容量為 16M 位, 將 S3C2410的 nG

50、CS0接到 SS139VF160的 CE 端; SS139VF160的 OE 端和 WE 端分別接到 S3C2410的 nOE 端和 nWE 端;地址總線 A19A0與 S3C2410的地址總線 ADDR20ADDR1相連; 16位數(shù)據(jù)總線 DQ15DQ0與 S3C2410的低 16位數(shù)據(jù)總線 XDATA15XDATA0相連。 nor Flash 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)如圖 2-8所示。圖 2-8 nor Flash電路設(shè)計(jì)圖JTAG 是 IEEE 的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試,是 調(diào)試、 開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)潔高效的手段。 它有 14針接口和 20針接口, 本設(shè)計(jì) 選用了 2

51、0針接口。 標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4線分別是 TMS (模式選擇 、 TCK (測(cè)試時(shí)鐘 、 TDI (測(cè)試數(shù)據(jù)輸入 、 TDO (測(cè)試數(shù)據(jù)輸出 。JTAG 調(diào)試接口需注意以下幾點(diǎn):(1盡可能按照標(biāo)準(zhǔn)的 20針口設(shè)計(jì),即使用了 14針口的也要對(duì)應(yīng) 20針口。 (2 nTRST 和 nRESET 信號(hào)不用時(shí),要將這兩個(gè)引腳用 10K 的電阻拉高,否則這兩個(gè)引腳信號(hào)不確定,造成調(diào)試器不能連接目標(biāo)系統(tǒng)。 (3 JTAG 上的輸出信號(hào)都要用 10K 電阻拉高。JTAG 接口電路如圖 2-9所示。 圖 2-9 JTAG電路設(shè)計(jì)圖RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)采用的負(fù)邏輯的方式,標(biāo)準(zhǔn)邏輯“ 1”對(duì)應(yīng) -5V -

52、15V 電平, “ 0”對(duì) 應(yīng) +5V+15V電平;而 S3C2410的系統(tǒng) LVTTL 的標(biāo)準(zhǔn)邏輯“ 1”對(duì)應(yīng) 23.3V 電平, “ 0” 對(duì)應(yīng) 00.4V 電平,即 RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)所定義的高、低電平信號(hào)與 LVTTL 所定義的高、 低電平信號(hào)完全不一樣 , 很明顯, 必須要經(jīng)過(guò)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換才能使兩者進(jìn)行通信, 目 前比較常用的是 MAX3232芯片,它的工作電壓是 3.3V 。 UART 串行調(diào)試接口設(shè)計(jì)如圖 2-10所示, RXD 端、 TXD 端、 RTS 端、 CTS 端分別為數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送、請(qǐng)求發(fā)送、 清除發(fā)送。 圖 2-10 UART串行調(diào)試接口電路圖2.6 外圍擴(kuò)展

53、電路USB 工作原理:USB 通用串行總線規(guī)范是以 Intel 為主,并由康柏、微軟、 IBM 、 DEC 及日本 NEC 等共同制定的串行接口規(guī)格。 USB2.0規(guī)范向下兼容 USB1.1,數(shù)據(jù)的傳輸率達(dá) 120240Mbps ,為大數(shù)據(jù)量高速實(shí)施傳輸提供了強(qiáng)有力的通信方式,支持寬帶數(shù)字?jǐn)z 像設(shè)備及下一代掃描儀、掃描機(jī)及存儲(chǔ)設(shè)備。USB 特點(diǎn)包括:高速數(shù)據(jù)傳送、高自由度連接 /拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、帶電插拔 /即插即用、 內(nèi)置電源供給、支持多種傳輸模式USB 連接的建立是通過(guò) ARM 發(fā)送命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 這就允許 ARM 在決定與 USB建立 連接之前完成初始化程序。而 USB連接可以重新初始化而不需要

54、拔出。S3C2410內(nèi)部集成一個(gè) USB HOST 模塊和 USB DEVICE 模塊,采用的協(xié)議是 USB1.1協(xié)議,本系統(tǒng)選用的攝像頭通過(guò) HOST 端口來(lái)獲得視頻的信息,完成圖像的信息的輸 入, 同時(shí) HOST 和 DEVICE 端口都可由 S3C2410的 CPU 直接驅(qū)動(dòng)。 USB 模塊如圖 2-11 所 示。圖 2-11 USB電路設(shè)計(jì)圖大多數(shù) ARM 都內(nèi)嵌一個(gè)以太網(wǎng)控制器, 支持媒體獨(dú)立接口和帶緩沖 DMA 接口, 可 在半雙工或全雙工模式下提供 10M/100Mbps的以太網(wǎng)接入。 本系統(tǒng)采用 CS8900A 芯片, 它是一種集域網(wǎng)處理芯片, 在嵌入式中非常常見(jiàn), 內(nèi)部集成在 RAM 、 10BAST-T 收發(fā)濾 波器, 并且提供 8位或 16位接口。 CS8900網(wǎng)卡的工作原理:CS8900與 AR