【正文】 27 圖 33 FH8735 硬件架構(gòu) FH35 的硬件結(jié)構(gòu)如圖 33 所示，它由 CPU、 HIU、 VIU、 VPU、 AIU、 DDRC、VOU、 FH DMAC、 I2C、 UART、 GPIO、 Timer 等模塊構(gòu)成。 其主要的技 術(shù)指標(biāo)如下所示： （ 1）最大可支持 14 路模擬視頻信號(hào)輸入，通過對(duì)內(nèi)部源選擇器進(jìn)行配置，輸入可以為 4 路音頻信號(hào)或 2 路視頻 (Y/C)信號(hào)； （ 2）支持 ITUR 格式的標(biāo)準(zhǔn)采樣 YUV4:2:2 格式 ,其輸出為 8 位 VPI總線； （ 3）支持 PAL、 NTSC、 SECAM 等視頻數(shù)據(jù)輸入，可以在 PAL、 NTSC 之間自動(dòng)切換； （ 4）芯片有 I2C 接口，可以外接 DSP 芯片或者視頻處理芯片，本設(shè)計(jì)中視頻處理芯片可以通過 I2C 總線對(duì)視頻圖像的亮度、色度、對(duì)比度等進(jìn)行配置和控制； （ 5）模擬與數(shù)字部分均采用 + 供電，需外接 54MHz 晶體，內(nèi)部具有鎖相環(huán) (PLL)，經(jīng)內(nèi)部倍頻后可以輸出 108MHZ 的輸出時(shí)鐘； 視頻采集模塊的主要電路連接示意圖和原理圖如下所示： 攝像頭 TW2865視頻采集芯片 視頻處理模塊 云臺(tái) 中央控制模塊 模擬視頻 數(shù)字視頻 線總 控制命令（通過 RS232） 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 26 圖 32 視頻采集模塊連接示意和電路原理圖 視頻處理模塊 FH8735 是富翰公司推出的一款高性能的 壓縮芯片 [42]，支持 Main PROFILE 和 Baseline PROFILE 視頻壓縮格式，可以進(jìn)行八路標(biāo)清或者 2 路 720p 高清的實(shí)時(shí)壓縮編碼和多路音頻編碼。 視頻采集模塊中的核心芯片芯片采用 TW2865 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片， 128 腳， LQFP封裝。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 24 第三章 嵌入式終端硬件模塊的設(shè)計(jì) 整體架構(gòu) 本文所設(shè)計(jì)的嵌入式視頻監(jiān)控終端主要由以下模塊組成：電源模塊、視頻采集模塊、視頻壓縮模塊、中心控制模塊和無線傳輸模塊。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)目前普遍認(rèn)為是兩個(gè)過渡時(shí)期的標(biāo)準(zhǔn)，在應(yīng)用領(lǐng)域和影響范 圍上并沒有很大的突破，因此本終端設(shè)計(jì)的時(shí)候沒有考慮這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 （ 2） H 系列編碼標(biāo)準(zhǔn) H 系列編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有 、 、 、 等四個(gè)主要的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它們?cè)跀?shù)字視頻領(lǐng)域獲得了巨大的應(yīng)用，并且產(chǎn)生了巨大的影響。 MPEG2 標(biāo)準(zhǔn)是被歐洲的 DVB、日本的 ISDB、美國的 ASTC 等有線電視領(lǐng)域廣泛采納的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，編碼傳輸速率為 3100Mbps 可變。 （ 1） MPEG 系列編碼標(biāo)準(zhǔn) MPEG 即活動(dòng)圖像專家組是由音視頻以及系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)的專家組成的 [39]，專門為開發(fā)運(yùn)動(dòng)圖像及其聲音的數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。假設(shè)一路采用 8 比特量化的 15 幀每秒的 CIF(352X288)圖像，在 4:2:2的彩色空間比下，其數(shù)據(jù)量 R=SX15X(352X288)(4+2+2)/4=24330240bit/s。同時(shí) TDSCDMA 移動(dòng)無線系統(tǒng)是針對(duì)幾乎所有的無線環(huán)境下對(duì)稱和非對(duì)稱的 3G 業(yè)務(wù)所設(shè)計(jì)的，相較于其他兩個(gè)非常先進(jìn)。中國國內(nèi)支持國際電信聯(lián)盟確定的三個(gè)無線接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是中國電信的 CDMA20OO ，中國聯(lián)通的 WCDMA 和中國移動(dòng)的TDSCDMA。對(duì)于這么低的傳輸速率，僅能夠?qū)Ψ直媛瘦^小和幀率較低的視頻進(jìn)行傳輸，并且得到的畫面的質(zhì)量非常的不理想，甚至無法做到連續(xù)，因此在本設(shè)計(jì)中不采用 GPRS 模塊，最 近幾年 3G 技術(shù)的發(fā)展為無線監(jiān)控系統(tǒng)提供了新的選擇，最新的 3G 網(wǎng)絡(luò)能夠傳輸高清的視頻圖像，并且效果非常的優(yōu)良，因此無線傳輸采用 3G 模塊就行傳輸。 （ 2）采用無線布線組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好，監(jiān)控負(fù)責(zé)人可以很輕松的將新的需要監(jiān)控的無線監(jiān)控點(diǎn)加入到現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)之中，不需要為新建節(jié)點(diǎn)鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)、增加設(shè)備，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。考慮到 linux 操作系統(tǒng)具有良好的硬件支持特性，豐富的第三方工具支持，開源的豐富的 API 函數(shù)支持，豐富的網(wǎng)絡(luò)通信處理機(jī)制等其他嵌入式操作系統(tǒng)無法比你的巨大優(yōu)勢(shì)，因此本文采用嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)作為監(jiān)控前端的軟件系統(tǒng)平臺(tái)，這樣可以最大限度發(fā)揮本終端的定制功能，并且能夠在很大程度上節(jié)省成本，獲得最高的性價(jià)比。 由于嵌入式系統(tǒng)越來越追求數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，因此原來在某些設(shè)備或領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的 軟件系統(tǒng)越來越難以為繼，因?yàn)橐_(dá)到上述要求，整個(gè)系統(tǒng)必須是開放的、提供標(biāo)準(zhǔn)的 API，并且能夠方便地與眾多第三方的軟硬件溝通。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 19 其中， RTLinux 通過把通常的 Linux 任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)為最低，而所有的實(shí)時(shí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)都高于它，以達(dá)到既兼容通常的 Linux 任務(wù)又保證強(qiáng)實(shí)時(shí)性能的目的?；谏鲜鍪聦?shí)， Motif 引入了用戶界面語言來解決用戶界面的描述問題。 Motif 由工具箱（ Motif Toolkit）、用戶界面語言（ UIL）、窗口管理程序（ MWM）、 風(fēng)格指南文檔（ Style Guide）等四部 分組成： Motif Toolkit 是一個(gè)具體的 X Toolkit 產(chǎn)品，它包括 Xt Intrinsics、 Motif 對(duì)象元類集合和操縱這個(gè)對(duì)象元類集合的簡便函數(shù)等三個(gè)部分。 LynxOS 支持線程概念，提供 256 個(gè)全局用戶線程優(yōu)先級(jí)；提供一些傳統(tǒng)的、非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的服務(wù)特征，包括基于調(diào)用需求的虛擬內(nèi)存， 一個(gè)基于 Motif的用戶圖形界面，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及應(yīng)用開發(fā)工具。 (4) Windows CE Microsoft Windows CE 是從整體上為有限資源的平臺(tái)設(shè)計(jì)的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。其中大部分應(yīng)用程序均為其他廠商和個(gè)人所開發(fā)，使 Palm Pilot 的功能得以不斷增多。 POSIX 與 IEEE 1003 和 20xx 家族的標(biāo)準(zhǔn)是可互換的 。這個(gè)靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實(shí)際的需求，將系統(tǒng)配置成微小的嵌入式操作系統(tǒng)或包括幾百個(gè)處理器的超級(jí)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)。大多數(shù)的 VxWorksAPI 是專有的。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通信、軍事演習(xí)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。因此能夠縮短開發(fā)周期，可以使我們開發(fā)出的產(chǎn)品快 速推向市場。 本終端中央架構(gòu) 為了節(jié)約開發(fā)時(shí)間和最大可能的保障系統(tǒng)對(duì)于速度和穩(wěn)定性的要求，本文采用專用的視頻處理芯片來完成視頻數(shù)據(jù)的壓縮和原始數(shù)據(jù)的行為分析。 (4)完整的產(chǎn)品線和發(fā)展規(guī)劃 ARM 公司設(shè)計(jì)的內(nèi)核能夠根據(jù)不同應(yīng)用需求對(duì)處理器性能的不同要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)從 ARM ARM9 到 ARM ARM11，以及新定義的 Cortex M/R/A系列完整的產(chǎn)品線。 (2)豐富的可選擇芯片 ARM 公司并不生產(chǎn)自己的芯片，只是開發(fā)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的內(nèi)核，并且與全球幾乎所有的半導(dǎo)體廠家都有業(yè)務(wù)往來，許許多多的半導(dǎo)體公司比如說 ST、TI、 NXP、 Samsung、 OKI、 Sharp、 Crystal 等廠家都基于 ARM 內(nèi)核開發(fā)出了自己的具有專業(yè)特色的芯片，在業(yè)界形成了具有不同品牌但是內(nèi)核相同的 ARM 芯 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 片。 處理器類型 處理器價(jià)格 處理器性能 應(yīng)用場合 ARM 低 功耗低 性能較高 應(yīng)用范圍廣 MPIS 較低 功耗低 性能較高 便攜通信設(shè)備，工業(yè)控制 Power PC 高 功耗較高 性能高 通信，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 高 功耗高 性能高 個(gè)人電腦 表 22 主要的嵌入式微處理器特性比較 ARM 微處理器的優(yōu)點(diǎn) 面對(duì)如此眾多的處理器，考慮到本設(shè)計(jì)終端對(duì)低功耗，低成本，低體積方面的嚴(yán)格要求，因此最終決定選擇 ARM 處理器作為本終端的中央 CPU，下面簡單介紹一下 ARM 微處理器相比其他很多的處理器無可比擬的巨大有點(diǎn)。但是這款處理器功耗比較大，一般不適合于對(duì)低功耗要求的比較 高的移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用上，因此本設(shè)計(jì)暫時(shí)不考慮這款處理器。 （ 2） MIPS 處理器 MIPS 處理器是由 MIPS 公司自主研發(fā)的針對(duì)高性能，高檔次的嵌入式應(yīng)用而開發(fā)的一類處理器的統(tǒng)稱 [18]。選擇一款合適的處理器，不但能起到事半功倍的作用，甚至有可能發(fā)揮的效用都是自己意想不到的。從它的定義我們不難看出：它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的 應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視和管理等功能。圖像界面，靈活的控制方式，這要求使得嵌入式軟件設(shè)計(jì)者要在圖形界面，多媒體技術(shù)上花費(fèi)更多的精力。傳統(tǒng)的單片機(jī)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)支持不足，而新一代的嵌入式處理器已經(jīng)開始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，除了支持 TCP/IP 協(xié)議，還有的支持IEEE139 USB、 CAN、 Bluetooth 或 IrDA 通信接口中的一種或者幾種，同時(shí)也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。 這就要求芯片設(shè)計(jì)廠商在芯片上集成更多的功能，設(shè)計(jì)師們一方面采用更強(qiáng)大的嵌入式處理器如 32 位、 64 位 RISC 芯片或信號(hào)處理器 DSP 增強(qiáng)處理能力，同時(shí)增加功能接口，如 USB，擴(kuò)展總線類型，如 CAN BUS，加強(qiáng)對(duì)多媒體、圖形等的處理，逐步實(shí)施片上系統(tǒng)（ SOC）的概念。 目前很多廠商已經(jīng)充分考慮到這一點(diǎn)，在主推系統(tǒng)的同時(shí)，將開發(fā)環(huán)境也作為重點(diǎn)推廣。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 正是由于網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品的諸多優(yōu)勢(shì)所在，近幾年網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品得到了廣大用戶和工程商的信賴，駛?cè)肓藨?yīng)用的快車道，在各領(lǐng)域得到了大范圍的推廣應(yīng)用，并在慢慢替代傳統(tǒng)視頻產(chǎn)品，成為市場的主流。 可以說硬盤錄像技術(shù)的成熟大大加快的視頻監(jiān)控民用化的趨勢(shì)，并得以大范圍的應(yīng)用，而又正是在大范圍應(yīng)用的大潮中，其不足之處暴露了出來。 其存在很多明顯的缺點(diǎn)： 1）范圍有限；距離有限，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程管理、訪問； 2）系統(tǒng)增擴(kuò)容難度大，成本高； 3）大量磁帶存儲(chǔ)、人工手動(dòng)查詢，管理維護(hù)復(fù)雜； 4）無法與其它安防系統(tǒng)有效集成。伴隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)從以矩陣為核心代表的模擬監(jiān)控系統(tǒng)，跨越終端以硬盤錄像機(jī)為代表的半數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，到目前前端以網(wǎng)絡(luò)視頻為代表的全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，各項(xiàng)新技術(shù)、新產(chǎn)品從無到有．從非主流到主流，引領(lǐng)著視頻監(jiān)控行業(yè)不斷向前發(fā)展。對(duì)無線傳輸模塊的數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層所需要的協(xié)議和基本原理進(jìn)行了深入的研究，并且給出了具體的實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。并且根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和本終端設(shè)計(jì)遇到的實(shí)際問題，對(duì) PCB 設(shè)計(jì)中可能遇到的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和歸納。本論文主要完成的工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下 : ，介紹了嵌入式視頻監(jiān)控終端整體方案的選擇，在系統(tǒng)硬件架構(gòu)選擇上采用 ARM 與視頻處理芯片相結(jié)合的方式，改變了傳統(tǒng)的單芯片處理數(shù)據(jù)的模式，大大提高了系統(tǒng)的性能。本文正是基于這種應(yīng)用背景，設(shè)計(jì)了一款基于ARM 的嵌入式監(jiān)控終端。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目 ： 基 于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí) 現(xiàn) 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3 20xx 年 5 月 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要 在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的巨大推動(dòng)和整個(gè)社會(huì)信息化程度提升的特殊背景下，視頻監(jiān)控獲得了極大地關(guān)注和迅猛的發(fā)展。同時(shí)在現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和人工智能技術(shù)的巨大推動(dòng)下，目前的監(jiān)控系統(tǒng)己經(jīng)發(fā)展到了智能化的階段。監(jiān)控終端通過 3G 網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)控制中心完成數(shù)據(jù)交互，基本適應(yīng)了現(xiàn)代社會(huì)對(duì)視頻監(jiān)控的基本要求。 ，完成了采集模塊，視頻處理模塊，中央控制模塊和無線傳輸模塊以及 PCI 通信接口的電路設(shè)計(jì)，給出了本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)控終端的原理圖和實(shí)物圖。 FH8735軟件工具開發(fā)包 SDK實(shí)時(shí)視頻點(diǎn)播和動(dòng)態(tài)監(jiān)測等定制化模塊的開發(fā)，在一定程度上彌補(bǔ)了國內(nèi)視頻監(jiān)控終端對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測和遮擋報(bào)警等重要功能的空白，基本滿足了當(dāng)代社會(huì)對(duì)嵌入式系統(tǒng)智能化的要求。Linux、 PCI、 套接字 分類號(hào)： TN911 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 Design and implement of the embedded monitoring termi