基于TMS320DM270的長(cháng)途客運車(chē)無(wú)線(xiàn)視頻監控系統的設

引言

　　隨著(zhù)公路交通的不斷發(fā)展，長(cháng)途客運車(chē)也隨之不斷增長(cháng)，方便人們出行的同時(shí)，交通事故不斷發(fā)生，盜竊、搶劫也時(shí)有發(fā)生。

　　為了能使汽車(chē)安全的行駛，乘客放心的乘坐，開(kāi)發(fā)研究一套良好的長(cháng)途客運車(chē)無(wú)線(xiàn)視頻監控系統就顯得尤其的重要。

　　近年來(lái)傳統的模擬視頻監控技術(shù)正在逐步向數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化發(fā)展，將監控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，特別是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)完美結合，是數字監控領(lǐng)域的新方向。本文介紹的長(cháng)途客運車(chē)無(wú)線(xiàn)視頻監控系統是整合嵌入式技術(shù)、CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)、MPEG-4數字視頻壓縮技術(shù)和GPS定位技術(shù)為一體的視頻終端。

　　系統簡(jiǎn)介

　　整個(gè)無(wú)線(xiàn)視頻監控系統由車(chē)載終端(包括TMS320DM270 CPU模塊、視頻輸入模塊、CDMA模塊、GPS模塊等)、通信網(wǎng)絡(luò )和監控中心組成，其系統結構如圖1所示。

　　車(chē)載終端被放置在長(cháng)途客車(chē)內，用來(lái)采集車(chē)內圖像并利用MPEG-4技術(shù)對圖像進(jìn)行壓縮，使圖像分辨率達到CIF格式，幀率在1-8幀/秒可調。同時(shí)GPS模塊實(shí)時(shí)接收全球定位衛星發(fā)射的信號，得到當前車(chē)輛位置和速度。最后CPU將壓縮后的視頻流與GPS數據通過(guò)CDMA無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )和Internet網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到監控中心，從而在監控中心可以看到車(chē)內情形，以及在電子地圖上顯示客車(chē)的方位與速度。

　　車(chē)載終端硬件設計

　　車(chē)載終端的設計是根據系統的總體要求，將硬件電路劃分為獨立的硬件功能模塊(TMS320DM270 CPU模塊、視頻輸入模塊、CDMA模塊、GPS模塊等)，并給出各個(gè)硬件模塊的功能定義以及他們之間的關(guān)系。車(chē)載終端的結構框圖如圖2所示。

　　TMS320DM270 CPU模塊

　　TMS320DM270是TI公司推出的一款雙核多媒體處理器。它內部集成了兩個(gè)處理器：ARM7TDMI RISC處理器；TMS320C5409 DSP，并帶有兩個(gè)協(xié)處理器——圖像加速器(iMX)和可變步長(cháng)編解碼器(VLCD)。

　　DM270還集成了SDRAM控制器、CCD可編程控制器、預覽引擎(Preview engine)、專(zhuān)用的硬件3A模塊可以消除主處理器的某些任務(wù)負擔，如：白平衡、自動(dòng)曝光和自動(dòng)調焦。除此之外，還有USB、UART、SPI、外圍存儲接口等功能。

　　視頻輸入模塊

　　視頻輸入模塊主要由鏡頭模塊和模擬前端電路組成。模擬前端的作用是將圖像傳感器輸出的模擬信號鉗位放大，并完成A/D轉換，這里采用的是TVP5150。TVP5150是TI的一款高質(zhì)量數字視頻解碼器，可以很方便將模擬視頻信號轉換成數字視頻信號。TVP5150由一組內部寄存器初始化并控制，因此在系統復位上電時(shí)DM270要通過(guò)I2C對TVP5150進(jìn)行初始化。

　　CDMA模塊和網(wǎng)絡(luò )模塊

　　作為監控調度系統，首先要考慮監控覆蓋范圍、實(shí)時(shí)性、車(chē)輛容量、刷新速率等要求，選擇合適的無(wú)線(xiàn)數據鏈路。由于長(cháng)途客車(chē)的行駛范圍比較大，所以本系統選擇無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍較大的CDMA網(wǎng)絡(luò )。

　　CDMA是碼分多址的英文縮寫(xiě)(Code Division Multiple Access)，它是在數字技術(shù)的分支——擴頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種移動(dòng)通信技術(shù)。本系統采用Q2358C RJ45接口模塊作為CDMA接入設備，它內嵌TCP/IP協(xié)議棧，支持高達153.6Kb/s的數據吞吐率，適合窄帶寬視頻傳輸，有相當高的穩定性。由于系統采用了先進(jìn)的MPEG-4編碼技術(shù)，所以完全可以適應CDMA的傳輸速率。

　　網(wǎng)絡(luò )模塊也是本系統中一個(gè)重要的組成環(huán)節，采用的是AX88796網(wǎng)卡芯片。它負責將CPU處理后的數據(MPEG-4視頻數據、GPS數據)通過(guò)RJ45接口發(fā)送給CDMA模塊，CDMA模塊再根據目的地址把數據送給監控中心。

　　GPS模塊

　　GPS(Global Positioning System)是一套由美國國防部歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年建成的衛星定位系統，其基本原理是利用繞著(zhù)地球的24顆衛星所發(fā)射的信號，再加以幾何上的計算，來(lái)得到接收者的位置。本系統采用的是Motorola UART接口的一款GPS模塊，定位誤差小于25米，測量速度范圍是515米/秒。該模塊將接收的衛星數據轉換為規定的數據格式，其中包括經(jīng)度、維度、高度、速度等。CPU從串口讀取這些數據，確定車(chē)輛的位置與速度。

　　FLASH和SDRAM模塊

　　本系統設計2M的NORFLASH用來(lái)存儲程序，NORFLASH的2M空間被劃分為四部分，分別存放Bootloader、參數、內核和文件系統。16M的SDRAM用于系統軟件的運行以及各種數據(MPEG-4視頻數據、GPS數據)的存取。

　　車(chē)載終端軟件設計

　　基于DM270的軟件設計分為兩部分：ARM端設計、DSP端設計。DSP端的軟件設計主要是圖像算法的設計，本系統采用的是MPEG-4算法，同時(shí)把DSP作為嵌入式uClinux的外部設備，并編寫(xiě)DSP的驅動(dòng)程序，注冊進(jìn)內核；ARM端運行uClinux操作系統，處理非成像功能，用來(lái)控制整個(gè)系統的各個(gè)模塊。系統軟件層次結構如圖3所示。

　　uClinux內核移植

　　uClinux是Linux的一個(gè)分支，源代碼開(kāi)放，并且被廣泛的移植到多種CPU平臺上。uClinux內核是由Linux內核根據所要運行的CPU裁減、修改而來(lái)的，因此它保持了原有Linux操作系統的主要優(yōu)點(diǎn)，如穩定性好，出色的文件系統支持功能，完善的應用程序和驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，以及Linux原有的完整的TCP/IP協(xié)議包。這樣，當越來(lái)越多的嵌入式系統需要提供網(wǎng)絡(luò )支持功能時(shí)，uClinux便成了首選的操作系統。

　　uClinux的移植工作主要包括內核的修改、裁減與編譯。

　　首先是開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立。主要由目標系統硬件開(kāi)發(fā)板和宿主PC機構成。先在宿主PC機上安裝標準Linux發(fā)行版Red-Hat Linux和交叉編譯工具arm-elf-tools-20030314.sh，再從網(wǎng)絡(luò )上獲得免費的uClinux內核源代碼uClinux-dist-20041215.tar.gz，并在宿主PC機上執行tar zxvf uClinux-dist-20041215.tar.gz對其解壓。

　　其次是內核的修改。修改的文件主要有：

　　1)uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/boot/compressed/head.S，啟動(dòng)文件。

　　2)uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/boot/Makefile，啟動(dòng)配置文件，主要修改的是ZTEXTADDR(自解壓代碼的起始地址)和ZRELADDR(內核解壓后代碼輸出起始地址)。

　　3)uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/config.in，修改DRAM_BASE、DRAM_SIZE、FLASH_MEM_BASE和FLASH_SIZE，主要為確定SDRAM、FLASH的起始地址和大小。

　　4)uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/Makefile，修改TEXTADDR來(lái)配置內核的起始地址。

　　5)uClinux-dist/linux-2.4.x/drivers，修改并添加所需的驅動(dòng)程序。

　　6)uClinux-dist/linux-2.4.x/drivers/block/blkmem.c，ROM文件系統的定位修改。

　　7)uClinux-dist/vendors/TI/dm270，修改硬件配置文件。

　　8)uClinux-dist/linux-2.4.x/Makefile，選擇CPU體系機構(ARCH?:=?armnommu)和交叉編譯器(CROSS_COMPILE?=?arm-elf-)。

　　對內核修改完畢后，在uClinux-dist目錄下執行make menuconfig。在彈出的對話(huà)框中對內核進(jìn)行配置和裁減。

　　最后就是編譯內核。依次執行make dep(編譯相關(guān)依賴(lài)文件)，make clean(在編譯內核之前把內核清理干凈)，make(最終的編譯命令)，此時(shí)在images目錄下生成了image.ram和image.rom文件，iamge.rom便是要燒寫(xiě)到FLASH中的內核映像文件。