基于雙CPU實(shí)時(shí)圖像監控系統的設計

圖像監控以其直觀(guān)、方便、信息內容豐富而被廣泛應用于許多場(chǎng)合。在電子技術(shù)與通訊技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，圖像監控系統的技術(shù)水平直接反映了不同階段電子與通訊的技術(shù)狀況。上世紀90年代末，隨著(zhù)多媒體技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)的發(fā)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(wǎng)接口控制器等相關(guān)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(gè)帶程序和數據存儲器（均為RAM）的 TMS320C54x DSP子系統和一個(gè)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(lái)實(shí)現DSP與ARM7TDMI之間的通信，圖像監控系統框圖如圖1所示。

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(shí)時(shí)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(lái)實(shí)現DSP與ARM7TDMI之間的通信，如采用IDT司生產(chǎn)的雙口RAMIDT70V24，其容量為4K×16位。

在工作時(shí)不可避免的要碰到雙核內部的通信問(wèn)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(fā)出中斷信號，通知對方可以取數，對方接到中斷之后，進(jìn)入中斷服務(wù)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(guò)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(lái)實(shí)現。該芯片可實(shí)現多路選通、鎖相與時(shí)序、時(shí)鐘產(chǎn)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(shí)序不同，可以通過(guò)CPLD進(jìn)行邏輯控制FIFO來(lái)完成數據緩存的功能。

2.3 鍵盤(pán)控制單元

本系統采用TI公司的TMS320VC5471為處理器，連接成一個(gè)矩陣式鍵盤(pán)是非常容易的，其ARM側提供了鍵盤(pán)專(zhuān)用接口KBGPIO。 KBGPIO[15：8]在芯片內部已通過(guò)上拉電阻接+3.3V高電平，并且被配置成輸入口，可用來(lái)作為矩陣鍵盤(pán)的行輸入，KBGPIO[7：0]被配置為輸入口，可以用來(lái)作為矩陣鍵盤(pán)的列輸入，該鍵盤(pán)電路輸入無(wú)需再通過(guò)上拉電阻接至高電平，只將行和列線(xiàn)引出接到鍵的兩端即可。鍵盤(pán)總共可以有24個(gè)實(shí)際的硬鍵，每個(gè)按鍵的功能可由用戶(hù)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(lái)，需要大量?jì)却鎭?lái)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(xiě)速度快、靈活性強的特點(diǎn)，是一種理想的存儲載體，本系統選用KINGMAX公司生產(chǎn)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(xiàn)控制著(zhù)CompactFlash卡，軟件能把數據直接寫(xiě)到CompactFlash卡。CF卡的結構如圖2所示。

2.5 以太網(wǎng)控制單元

TMS320VC5471的網(wǎng)絡(luò )模塊（EIM）可以實(shí)現IEEE802.3協(xié)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(chǎn)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(fā)送輸出引腳TPTX±和接收輸入TPRX±通過(guò)網(wǎng)絡(luò )隔離變壓器與RJ45雙絞線(xiàn)接口連接，實(shí)現數據通道的安全隔離。

2.6 實(shí)時(shí)圖像監控單元

將本系統連接到Internet網(wǎng)絡(luò )上，可以通過(guò)Internet進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像監控，不必親臨現場(chǎng)。μC／OS-II是一款實(shí)時(shí)嵌入式操作系統，該操作系統是一個(gè)公開(kāi)源代碼占先式多任務(wù)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(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議通過(guò)TCP／IP協(xié)議棧選用LwIP協(xié)議棧，把LwIP協(xié)議棧移入來(lái)實(shí)現。嵌入式網(wǎng)絡(luò )平臺的結構示意圖如圖3所示。