ARM11和DSP的3G視頻安防安全帽設計方案

1.引言

為提高在高危工作場(chǎng)所現場(chǎng)作業(yè)的可控性，本文采用仿生學(xué)原理和高集成度設計實(shí)現了與人眼同視角的3G視頻安全帽。本設計由視頻安全帽和腰跨式數據處理終端兩部分組成，采用高可靠性航空插頭連接。其中圖像處理采用三星公司的S3C6410ARM11處理器和 TMS320DM642 DSP處理器組成。本設計結合DSP處理器在視頻壓縮方面的優(yōu)勢和運行于A(yíng)RM之上的Linux操作系統在數據管理與任務(wù)調度機制方面的出色表現，由 DSP完成圖像處理功能，并通過(guò)高速接口把視頻數據傳輸給嵌入式微處理系統，完成視頻數據的傳輸、存儲功能。

2.系統構成

本設計由視頻安全帽和腰跨式視頻終端兩部分組成。視頻安全帽中包含1路視頻輸入、1路音頻輸入和1路音頻輸出，并配備輔助燈光。腰跨式視頻終端主要由ARM11和DSP雙核系統、3G無(wú)線(xiàn)模塊和電源管理模塊組成，主要完成數據處理、傳輸、存儲和系統控制功能。

2.1 ARM處理系統設計

ARM處理系統，主要由主控模塊、數據存儲系統、模擬數字信號的采集模塊等部分。

CPU采用三星公司S3C6410A處理器，最高工作頻率可達667MHz.

2.2 DSP視頻處理系統設計

DSP圖像處理系統由三部分組成，視頻解碼、圖像處理。其中視頻解碼采用TVP5150超低功耗解碼器，圖像處理采用TMS320DM642(簡(jiǎn)稱(chēng) DM642)DSP處理器，它可在600MHz時(shí)鐘頻率下工作，指令周期為1.67ns，每個(gè)指令周期可并行8條32位指令，處理能力可達到 4800MIPS的峰值計算速度。

攝像頭模擬信號通過(guò)TVP5150解碼后，送到DM642芯片進(jìn)行H.264視頻壓縮，壓縮后的信號傳送到ARM嵌入式系統通過(guò)3G模塊將數據傳送至遠端服務(wù)器或進(jìn)行本地存儲。

2.3 ARM系統與DSP系統間的協(xié)作實(shí)現

如圖1所示，視頻信號經(jīng)DSP壓縮編碼后通過(guò)主機接口(HPI)將數據傳送至S3C6410A中進(jìn)行下一步數據傳輸或存儲，其電路圖如圖2所示。

本文選用HPI16模式，主要接口信號線(xiàn)如下：

(1)16位數據線(xiàn)HD[15:0]，這些數據線(xiàn)在沒(méi)有用到HPI讀寫(xiě)功能時(shí)處于高阻態(tài)。

(2)2條訪(fǎng)問(wèn)控制選擇信號線(xiàn)HCNTL[1:0]。

它的狀態(tài)用來(lái)控制當前訪(fǎng)問(wèn)的是三個(gè)HPI寄存器中的哪一個(gè)，HCNTL[1:0]=00時(shí)，主機對HPIC寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作：HCNTL[1:0]=01時(shí)，主機對H P L A寄存器進(jìn)行獨顯操作;HCNTL[1:0]=10時(shí)，主機以抵制自動(dòng)增加的方式對HPID寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，每讀取一次HPID，HPIA自動(dòng)增加一個(gè)字抵制(4個(gè)字節);HCNTL[1:0]=11時(shí)，主機以固定地址模式對HPID寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，HPIA寄存器地址不變。

(3)半字識別選擇信號線(xiàn)HHWIL.由于DM642最小存儲單位是字(32bit)，當HPI配置為HPI16時(shí)，需要連續傳輸兩個(gè)半字組成一個(gè)字傳給主機，HHWIL信號線(xiàn)用于區分先傳高位半字還是低位半字。

(4)地址選通輸入信號線(xiàn)HAS.此信號用于主機的數據線(xiàn)和地址線(xiàn)復用情況。不用時(shí)此信號應該接高。

(5)主機讀寫(xiě)選擇信號線(xiàn)HR/W.主機必須將HR/W設置為高以進(jìn)行讀操作，設置為低以進(jìn)行寫(xiě)HPI操作。

(6)3條選通信號線(xiàn)HCS，HDS1和HDS2.這三個(gè)信號線(xiàn)在片內組合為一個(gè)低電平有效的選通信號HSTROBE.

(7)準備好信號線(xiàn)HRDY.當該信號線(xiàn)為低時(shí)，表明HPI己準備好傳送數據。

(8)向主機發(fā)送中斷信號線(xiàn)HINT.

如圖2所示，將S3C6410的Bankl片選信號nCS7與nHCS連接，使HPI接口作為外部物理地址映射到S3C6410相應內核空間，Bankl地址空間從0×08000000到0x0fffffff而將讀寫(xiě)信號nOE和nWE分別接到nHDSl和nHDS2.本系統采用的是 HPll6模式，將32位數據分低16位和高16位分別存儲，這里采用ADDR5控制半字節標識選擇。將S3C6410的AB2、AB3連接到 HCNTL0、HCNTLl，能夠方便的對HPI的三個(gè)寄存器HPIC、HPIA、HPID進(jìn)行尋址。ADDR6連接到DM642的HR/W，通過(guò)控制此地址線(xiàn)來(lái)實(shí)現HPI讀寫(xiě)的選通，HRDY反相后與WAIT信號線(xiàn)相連，DM642的HINT直接連接到S3C6410的外部中斷IRQ5引腳上，以實(shí)現 DSP對主機中斷信號的傳輸。

經(jīng)測試，基于HPI16數據傳輸協(xié)議，DM642與S3C6410間的通信速率可以達到50Mbps，帶寬足夠用來(lái)傳輸MPEG等壓縮的視頻數據。

3.總結

基于本文設計的ARM11和DSP協(xié)作視頻流處理技術(shù)的3G視頻安全帽以在石油、電力等行業(yè)野外作業(yè)中得到應用。文章采用HPll6的傳輸模式，其傳輸速度能夠較好地滿(mǎn)足實(shí)際需求，后續將嘗試采用HPl32模式，傳輸速度還會(huì )得到進(jìn)一步提高。在A(yíng)RM與DSP之間的通信中，通過(guò)視頻數據通信協(xié)議的引入，與傳統的通過(guò)read/write buffer實(shí)現通信相比，視頻數據傳輸的可靠性得到了較好的保證。